JP2023106337A - Prepreg, prepreg roll, prepreg tape, prepreg laminate, carbon fiber-reinforced composite material, and structure - Google Patents

Prepreg, prepreg roll, prepreg tape, prepreg laminate, carbon fiber-reinforced composite material, and structure Download PDF

Info

Publication number
JP2023106337A
JP2023106337A JP2023005592A JP2023005592A JP2023106337A JP 2023106337 A JP2023106337 A JP 2023106337A JP 2023005592 A JP2023005592 A JP 2023005592A JP 2023005592 A JP2023005592 A JP 2023005592A JP 2023106337 A JP2023106337 A JP 2023106337A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prepreg
resin
sublayer
cfrp
vcf
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
JP2023005592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
隆志 越智
Takashi Ochi
拓也 山根
Takuya Yamane
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 JP2023106337A publication Critical patent/JP2023106337A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

To provide a novel prepreg which can obtain CFRP of low risk to an edge glow by controlling a prepreg structure, with no need of depending exclusively on expensive conductive particles.SOLUTION: In a prepreg, a carbon fiber sheet is impregnate with a matrix resin 2, and carbon fiber sub-layers 4 and 5 having carbon fibers 1 and a matrix resin 2 are arranged respectively on an upper surface and a lower surface of the prepreg. The prepreg has a sandwich structure where a resin sub-layer 6 is arranged between the two carbon fiber sub-layers 4 and 5. In the prepreg, fiber orientation angles of the carbon fibers 1 of the carbon fiber sub-layers 4 and 5 are the same, and an amount of insoluble particles existing on surfaces of the upper surface and/or lower surface is 0.1 g/m2 or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、耐雷性に優れ、誘導溶接に適した炭素繊維強化複合材料に好適に用いることができるプリプレグ、および、プリプレグロール、プリプレグテープ、プリプレグ積層体、炭素繊維強化複合材料および構造体に関する。 The present invention relates to a prepreg, a prepreg roll, a prepreg tape, a prepreg laminate, a carbon fiber reinforced composite material, and a structure that can be suitably used for carbon fiber reinforced composite materials that are excellent in lightning resistance and suitable for induction welding.

繊維強化複合材料(以下、FRPと略す)は、軽量でありながら、強度や剛性などの力学特性や耐熱性、また耐食性に優れているため、航空・宇宙、自動車、鉄道車両、船舶、スポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。高い力学特性が要求される用途においては、強化繊維としては、比強度、非弾性率に優れた炭素繊維(以下、CFと略すことがある)が用いられ、マトリックス樹脂としては、CFとの接着性、耐熱性、弾性率に優れ、硬化収縮が小さいエポキシ樹脂が多く用いられている。航空機構造部材に利用される炭素繊維強化複合材料(以下、CFRPと略す)の割合は近年増加しており、今後もその使用割合が増加していくことが期待される。なお、近年ではハイレート生産や、ファスナーレス接合への期待から、マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂が用いられる例も増えている。CFRPは、CFを並べてシート化したCFシートにマトリックス樹脂を含浸させた後、成形して得ることができる。CFシートとしては、CFを一方向(UD)面状に引き揃えたUDシート、CFを多方向に配列させたり、CFをランダムに配置してシート化したCFファブリックなどが挙げられる。CFRPの力学特性を優先させる時にはUDシートが用いられ、複雑形状のCFRPを作製する時にはCFファブリックが用いられる傾向があるが、それらを混合して用いる場合も有る。航空機の構造材の用途では、力学特性が優先されるため、UDシートを含むプリプレグ(CFRP前駆体)を多方向に積層し、それを成形したCFRPが広く用いられている。 Fiber reinforced composite materials (hereinafter abbreviated as FRP) are lightweight, yet have excellent mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance. It has been applied in many fields such as In applications that require high mechanical properties, carbon fiber (hereinafter sometimes abbreviated as CF), which has excellent specific strength and inelastic modulus, is used as the reinforcing fiber, and adhesion with CF is used as the matrix resin. Epoxy resins are widely used because they have excellent properties, heat resistance, elastic modulus, and low cure shrinkage. The proportion of carbon fiber reinforced composite materials (hereinafter abbreviated as CFRP) used for aircraft structural members has been increasing in recent years, and it is expected that the proportion of their use will continue to increase in the future. In recent years, the use of thermoplastic resins as matrix resins has been increasing due to expectations for high-rate production and fastener-less joining. CFRP can be obtained by molding after impregnating a CF sheet formed by arranging CFs into a sheet with a matrix resin. Examples of the CF sheet include a UD sheet in which CFs are arranged in a unidirectional (UD) plane, a CF fabric in which CFs are arranged in multiple directions, and a CF fabric in which CFs are randomly arranged and formed into a sheet. UD sheets tend to be used when the mechanical properties of CFRP are prioritized, and CF fabrics tend to be used when fabricating CFRPs with complex shapes, but they are sometimes mixed and used. In applications for aircraft structural materials, mechanical properties are given priority, so CFRP is widely used by laminating prepregs (CFRP precursors) containing UD sheets in multiple directions and molding them.

CFは導電体であり、マトリックス樹脂は一般に絶縁体となることが多い。CFRPの繊維軸方向(以下、繊維方向と略す)は、CF自体が導電経路となることから、導電率は比較的高い。一方、CFRPの繊維軸に直交する方向(以後、直交方向と略す)は、CF同士の接触により導電経路が形成されるが、導電率は繊維方向よりも一般に1,000倍程度低い。なお、CFRPの繊維方向の導電率であっても、アルミなどの金属の導電率と比較すると、一般に1,000倍程度低い。このように、CFRPは金属材料よりも導電性に劣る上、繊維方向と直交方向で導電率に異方性を有する。そのため、CFRPにある一定の電流が流入する場合には、金属材料よりも高電圧がかかり、さらに、繊維配向角度が異なる複数のCFシートからなるCFRPでは、電流分布は非常に複雑なものになる。 CF is a conductor, and the matrix resin is generally an insulator in many cases. In the fiber axis direction of CFRP (hereinafter abbreviated as fiber direction), the CF itself serves as a conductive path, so the electrical conductivity is relatively high. On the other hand, in the direction orthogonal to the fiber axis of CFRP (hereinafter abbreviated as orthogonal direction), a conductive path is formed by contact between CFs, but the conductivity is generally about 1,000 times lower than that in the fiber direction. Even the conductivity of CFRP in the fiber direction is generally about 1,000 times lower than that of metals such as aluminum. Thus, CFRP is inferior to metal materials in conductivity and has anisotropy in conductivity in the direction perpendicular to the fiber direction. Therefore, when a certain current flows into CFRP, a higher voltage is applied than that of a metal material, and furthermore, the current distribution becomes very complicated in CFRP consisting of a plurality of CF sheets with different fiber orientation angles. .

このような複雑な電気特性を有することから、CFRPを用いた航空機では、雷によるダメージが懸念される。CFRPは、金属材料のように雷電流を分散させることが困難であるため、雷電流の局所集中による損傷の発生や、高電圧印加によるスパークの発生などの問題が生じやすい。このため、CFRPを用いた航空機では、安全性を確保するために、金属メッシュを付与することや、スパークが発生しうる場所をシーラントでカバーするなどの、耐雷システムが構築されている。しかしながら、これら耐雷システムは、重量増、コスト増となる問題があった。耐雷システムの削減と、雷に対するさらなる安全性の向上のためには、CFRP自体の電気特性を高めることが求められている。 Due to such complicated electrical characteristics, aircraft using CFRP are concerned about damage due to lightning. Unlike metal materials, it is difficult to disperse lightning current in CFRP, so problems such as damage due to local concentration of lightning current and sparks due to high voltage application tend to occur. For this reason, aircraft using CFRP are provided with a lightning protection system to ensure safety, such as adding a metal mesh or covering a place where sparks can occur with a sealant. However, these lightning protection systems have the problem of increased weight and cost. In order to reduce the number of lightning protection systems and further improve safety against lightning, it is required to enhance the electrical properties of CFRP itself.

燃料タンク周辺でのスパークの1つに、エッジグローと呼ばれる形態のものがある。これは、部材の端部側面(エッジ)における発光現象(グロー)を指しており、発生メカニズム解明のための研究が行われている。非特許文献1では、CFRPの電位解析と、エッジグロー発生の実験結果を比較し、メカニズムを詳細に議論している。非特許文献1の図8によると、様々な繊維配向角度のCFシートを積層したCFRPでは、繊維配向角度が異なるCFシート間で特に電位差が大きくなることが示されている。さらに、非特許文献1の図18によると、エッジグローの発生が実験で確認されたのは、繊維配向角度の異なるCFシート間の電位差が大きくなる場所であった。そのため、繊維配向角度の異なるCFシート間において、電位差を低減することがエッジグロー抑制に有効であると考えられる。 One form of spark around the fuel tank is called edge glow. This refers to the phenomenon of light emission (glow) at the edge of a member, and research is being conducted to clarify the mechanism of this phenomenon. Non-Patent Document 1 compares the potential analysis of CFRP with experimental results of edge glow generation, and discusses the mechanism in detail. According to FIG. 8 of Non-Patent Document 1, in CFRP in which CF sheets with various fiber orientation angles are laminated, the potential difference is particularly large between CF sheets with different fiber orientation angles. Furthermore, according to FIG. 18 of Non-Patent Document 1, occurrence of edge glow was experimentally confirmed at locations where the potential difference between CF sheets with different fiber orientation angles was large. Therefore, it is considered that reducing the potential difference between CF sheets having different fiber orientation angles is effective in suppressing edge glow.

エッジグロー抑制のために、繊維配向角度が異なるCFシート間の電位差を低減するためには、CFRPの厚さ方向の導電率を高めることが有効であると一般的に考えられている。そのため、CFRPの厚さ方向の導電率を向上させる材料設計が数多く提案されており、中でも特許文献1~3に示されているように、繊維配向角度が異なるCFシート間に導電粒子を配置する手法は、CFRPの厚さ方向の導電率の向上効果が大きい。 It is generally considered effective to increase the electrical conductivity in the thickness direction of CFRP in order to reduce the potential difference between CF sheets with different fiber orientation angles in order to suppress edge glow. Therefore, many material designs have been proposed to improve the conductivity in the thickness direction of CFRP. Among them, as shown in Patent Documents 1 to 3, conductive particles are arranged between CF sheets with different fiber orientation angles. This method has a great effect of improving the conductivity of CFRP in the thickness direction.

特許文献1では、繊維配向角度の異なるCFシート間にカーボン粒子を配置する技術が開示されている。特許文献2も、繊維配向角度の異なるCFシート間にカーボン粒子を配置する技術が開示されているが、その実施例を参照すると、カーボン粒子の量を増やすほど、CFRPの厚さ方向の体積固有抵抗値が下がり、導電率が向上する。特許文献3は、繊維配向角度の異なるCFシート間にポテト形状の黒鉛を配置する技術であり、その実施例を参照すると、ポテト形状の黒鉛の量を増やすことで、CFRPの厚さ方向の導電率が向上する。 Patent Document 1 discloses a technique of arranging carbon particles between CF sheets having different fiber orientation angles. Patent Document 2 also discloses a technique of arranging carbon particles between CF sheets with different fiber orientation angles. The resistance value is lowered and the conductivity is improved. Patent Document 3 is a technique of arranging potato-shaped graphite between CF sheets with different fiber orientation angles. rate improves.

R.B.Greegorら 「Finite Element Simulation and Experimental Analysis of Edge Glow for a Generic, 16-Ply Carbon Fiber Reinforced Plastic Composite Laminate」 ICOLSE15 Paper 2015年R. B. Greegor et al. "Finite Element Simulation and Experimental Analysis of Edge Glow for a Generic, 16-Ply Carbon Fiber Reinforced Plastic Composite Laminate" ICOLSE15 Paper 2015

国際公開第2008/018421号WO2008/018421 国際公開第2011/027160号WO2011/027160 国際公開第2013/186389号WO2013/186389

しかしながら、エッジグロー抑制のために必要な導電性の要求は高く、導電性を大きく向上させる必要があった。特許文献1では、実施例に示されたCFRPの厚さ方向の体積固有抵抗値は2.0×10Ωcm以上(導電率0.05S/m以下)と、十分な導電性を得られていない。特許文献2、3では、導電性向上のためには、CFシート間に配置する導電粒子の量を増やすことが有効であることが示されているが、エッジグロー抑制のために必要な導電性の要求は高く、導電粒子を大量添加する必要があった。加えて、特許文献1~3で用いられる導電粒子は一般に高価であり、添加量を減らすことが好ましい。このように、導電粒子の添加量低減と、導電性向上によるエッジグロー低リスク化は、二律背反である。 However, there is a high demand for electrical conductivity necessary for suppressing edge glow, and it has been necessary to greatly improve electrical conductivity. In Patent Document 1, the volume resistivity in the thickness direction of CFRP shown in Examples is 2.0×10 3 Ωcm or more (conductivity of 0.05 S/m or less), and sufficient conductivity is obtained. do not have. Patent Documents 2 and 3 show that it is effective to increase the amount of conductive particles arranged between CF sheets in order to improve conductivity, but the conductivity required for suppressing edge glow is highly demanded, and it has been necessary to add a large amount of conductive particles. In addition, the conductive particles used in Patent Documents 1 to 3 are generally expensive, and it is preferable to reduce the amount added. Thus, reducing the amount of conductive particles to be added and reducing the risk of edge glow by improving conductivity are contradictory.

本発明の課題は、高価な導電粒子のみに依存せずとも、エッジグロー低リスクなCFRPを得ることができるプリプレグを提供することである。言い換えると、従来技術と同じ量もしくはより低い量の導電粒子を使用した場合にも、エッジグローのリスクを大きく低減したCFRPを得るためのプリプレグを提供するものである。 An object of the present invention is to provide a prepreg from which CFRP with a low risk of edge glow can be obtained without relying only on expensive conductive particles. In other words, the present invention provides a prepreg for obtaining CFRP with greatly reduced risk of edge glow even when using the same amount of conductive particles as in the prior art or a lower amount.

上記した課題を解決するため、本発明は、炭素繊維シートにマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグであって、上面および下面に、炭素繊維およびマトリックス樹脂を有する炭素繊維サブレイヤーが配置され、該2つの炭素繊維サブレイヤーの間に樹脂サブレイヤーが配置されてサンドイッチ構造をとり、プリプレグ中の上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向角度は同一であり、上面および/または下面の表面に存在する不溶粒子の量が0.1g/m以下である、プリプレグの構成を採る。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a prepreg in which a carbon fiber sheet is impregnated with a matrix resin, wherein carbon fiber sublayers having carbon fibers and a matrix resin are arranged on the upper surface and the lower surface, and the two A resin sublayer is arranged between the carbon fiber sublayers to form a sandwich structure, the fiber orientation angles of the carbon fibers in the upper and lower carbon fiber sublayers in the prepreg are the same, and the upper and/or lower surfaces have A prepreg construction is taken in which the amount of insoluble particles present is less than or equal to 0.1 g/m 2 .

本発明のプリプレグにより、高価な導電粒子に依存せずとも、十分なエッジグロー抑制効果が期待できるCFRPを得られる。さらには、導電粒子を繊維配向角度の異なるCFシート間に配置した従来の技術よりも、高いエッジグロー抑制効果が期待できるCFRPを得ることも可能である。このようなCFRPを航空機に適用することで、耐雷システムをトータルで効率化することができる。加えて、本発明のプリプレグによるCFRPでは、主にマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなるCFRPで用いられる誘導溶接において、誘導加熱温度を向上できる利点もある。 By using the prepreg of the present invention, it is possible to obtain CFRP that can be expected to have a sufficient effect of suppressing edge glow without depending on expensive conductive particles. Furthermore, it is also possible to obtain CFRP that can be expected to have a higher edge glow suppressing effect than the conventional technique in which conductive particles are arranged between CF sheets having different fiber orientation angles. By applying such CFRP to an aircraft, it is possible to improve the efficiency of the lightning protection system as a whole. In addition, the CFRP using the prepreg of the present invention has the advantage of being able to improve the induction heating temperature in induction welding, which is mainly used for CFRP in which the matrix resin is a thermoplastic resin.

本発明のプリプレグの一実施形態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a prepreg of the present invention; FIG. スリットされたプリプレグテープの一例を示す写真である。1 is a photograph showing an example of a slit prepreg tape. 本発明のプリプレグにより得られるCFRPの一実施形態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing one embodiment of CFRP obtained from the prepreg of the present invention; FIG. 本発明のプリプレグにより得られるCFRPの一実施形態の断面写真である。1 is a cross-sectional photograph of one embodiment of CFRP obtained from the prepreg of the present invention. 図4を2値化した画像である。5 is an image obtained by binarizing FIG. 4. FIG. 図5から得られる炭素繊維体積含有比率(Vcf)のZ方向分布である。6 shows the Z-direction distribution of the carbon fiber volume content ratio (Vcf) obtained from FIG. レイヤーL1におけるVcfのZ’方向分布である。It is the Z' direction distribution of Vcf in the layer L1. 本発明のサンドイッチ構造プリプレグにより得られるCFRPの別の実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of CFRP obtained from the sandwich structure prepreg of the present invention; 本発明のサンドイッチ構造プリプレグにより得られるCFRPの別の実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of CFRP obtained from the sandwich structure prepreg of the present invention; 従来技術に係るプリプレグにより得られるCFRPの一形態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one form of CFRP obtained from a conventional prepreg. 従来技術に係るプリプレグにより得られる層間強化型のCFRPの一形態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one form of an interlayer reinforced CFRP obtained from a conventional prepreg. 従来技術に係る層間強化型のCFRPの形態の断面写真である。1 is a cross-sectional photograph of a form of an interlayer reinforced CFRP according to a conventional technique; 図12を2値化した画像である。It is an image obtained by binarizing FIG. 12 . 図13から得られるVcfのZ方向分布である。14 is the Z-direction distribution of Vcf obtained from FIG. 13; レイヤーL4におけるVcfのZ’方向分布である。It is the Z' direction distribution of Vcf in the layer L4. 本発明のプリプレグの製造装置の一例を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a prepreg manufacturing apparatus of the present invention; 本発明のプリプレグの製造装置の別の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the prepreg manufacturing apparatus of the present invention.

<本発明のプリプレグの概要>
本発明のプリプレグは、いくつかのサブレイヤーがサンドイッチ構造をなしている。「サブレイヤー」の用語について説明する。まず、プリプレグを積層・成形してCFRPとしたとき、CFシートが厚さ方向に連続してCFの繊維配向角度が同じである領域を含む領域を「レイヤー」とする。レイヤーは、プリプレグを積層体としたとき、もしくは成形してCFRPとしたときに、積層されたうちの1単位を示すものであり、当業界ではPlyと呼ばれることもある。レイヤーが、Vcfが異なる複数の一定厚みの領域からなる場合に、該一定厚みの領域をサブレイヤーとする。本発明では、通常はプリプレグ1枚が1レイヤーとなることから、サブレイヤーを、本発明におけるプリプレグを構成する一定厚み領域を示す用語としても用いている。すなわち、本発明のプリプレグにおけるCFサブレイヤーは、CFRPにおいてレイヤーを構成する一部分となる。
<Outline of the prepreg of the present invention>
The prepreg of the present invention has a sandwich structure of several sublayers. Explain the term "sublayer". First, when prepregs are laminated and molded to form a CFRP, a CF sheet continues in the thickness direction and includes a region having the same CF fiber orientation angle as a “layer”. A layer indicates one unit of lamination when prepreg is laminated or molded to CFRP, and is sometimes called Ply in the industry. When a layer is composed of a plurality of constant-thickness regions with different Vcf, the constant-thickness regions are called sublayers. In the present invention, one sheet of prepreg usually constitutes one layer, so the term "sublayer" is also used as a term indicating a constant-thickness region that constitutes the prepreg in the present invention. That is, the CF sublayer in the prepreg of the present invention is a part of layers in CFRP.

本発明の一実施形態を示す断面図を図1に示す。本発明のプリプレグ3は、複数のサブレイヤーを有し、その上面、下面に炭素繊維サブレイヤー(CFサブレイヤー)4、5が配置される。以下、上面、下面のCFサブレイヤー4、5を「上下のCFサブレイヤー」ということがある。ここで、CFサブレイヤーとは、少なくともCFとマトリックス樹脂を含有するものである。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等から構成され、必要に応じ、硬化剤、触媒の他、各種添加物を含有することができる。後述するように、本発明ではCFRPのエッジグロー抑制、誘導溶接における誘導加熱温度を向上するため、プリプレグを積層、成形し、CFRPとした時に、本発明のプリプレグ由来のレイヤーと、隣接するレイヤーとの間の導電率を高くすることが重要である。かかる観点から、本発明のプリプレグの上下のCFサブレイヤー中のCFの体積比率(Vcf)は共に60%以上と高くすることが好ましく、65%以上がより好ましく、69%以上がさらに好ましい。この上下のCFサブレイヤ-のVcfを向上させると、積層体とした際の隣接するCFレイヤー間でのCF同士の接触数が顕著に増えるため、隣接するCFレイヤーとの間の導電率は飛躍的に向上する。一方で、上下のCFサブレイヤ-におけるCFの体積比の上限としては、プリプレグのスリット加工性の悪化やCFRP化した時のボイド発生を抑制するためには、CFサブレイヤーのVcfを90%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましく、75%以下であることが更に好ましい。なお、プリプレグ表面に樹脂が更に積層されたプリプレグは、CFサブレイヤーのより表面側に樹脂層を有することになり、本発明のプリプレグとは異なる。また、樹脂の含浸が不足した場合などのように、プリプレグ表面に多量の樹脂が残ったものも、同様に本発明のプリプレグとは異なる。プリプレグ表面の樹脂の厚みは、具体的には10μm以下であることが好ましい。プリプレグ表面の樹脂の厚みの測定法は例えば実施例記載の方法で行うことができる。 A cross-sectional view showing one embodiment of the present invention is shown in FIG. The prepreg 3 of the present invention has a plurality of sublayers, and carbon fiber sublayers (CF sublayers) 4 and 5 are arranged on its upper and lower surfaces. Hereinafter, the upper and lower CF sublayers 4 and 5 may be referred to as "upper and lower CF sublayers". Here, the CF sublayer contains at least CF and matrix resin. The matrix resin is composed of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like, and may contain various additives in addition to a curing agent and a catalyst, if necessary. As will be described later, in the present invention, in order to suppress the edge glow of CFRP and improve the induction heating temperature in induction welding, when prepregs are laminated and molded to form CFRP, a layer derived from the prepreg of the present invention and an adjacent layer It is important to increase the conductivity between From this point of view, the volume ratio (Vcf) of CF in the CF sublayers above and below the prepreg of the present invention is preferably as high as 60% or higher, more preferably 65% or higher, and even more preferably 69% or higher. Improving the Vcf of these upper and lower CF sublayers significantly increases the number of CF contacts between adjacent CF layers when forming a laminate, so the conductivity between adjacent CF layers increases dramatically. improve to On the other hand, the upper limit of the CF volume ratio in the upper and lower CF sublayers is that the Vcf of the CF sublayer is 90% or less in order to suppress the deterioration of the slit workability of the prepreg and the generation of voids when converted to CFRP. preferably 80% or less, even more preferably 75% or less. A prepreg in which a resin is further laminated on the surface of the prepreg has a resin layer on the surface side of the CF sublayer, and is different from the prepreg of the present invention. Also, a prepreg with a large amount of resin remaining on the prepreg surface, such as when the impregnation of the resin is insufficient, is also different from the prepreg of the present invention. Specifically, the thickness of the resin on the surface of the prepreg is preferably 10 μm or less. The thickness of the resin on the surface of the prepreg can be measured, for example, by the method described in Examples.

図1に示すプリプレグ中では、上下のCFサブレイヤー4,5中のCFの繊維配向角度は同一となるように配置される。ここで、CFの繊維配向角度が同一とは、CFサブレイヤー4,5中のCFの配列方向が同一であることを意味しており、例えば、UDシートを、繊維の配向が同じ向きとなるよう積層して得られる状態を指す。多くの場合、実質的に絶縁体となる樹脂サブレイヤーの両側で繊維配向角度が異なっていると、この間での電位勾配が大きくなりエッジグローのリスクが増大するため、繊維配向角度を同一とする。プリプレグ中にCFサブレイヤーを3つ以上含む場合にも、それらの繊維配向角度は全て同一である。CFサブレイヤーを構成するCF基材としては、CF長繊維を一方向に引きそろえたUDシートを用いることが、CFRPの力学特性を向上させる観点から好ましい。 In the prepreg shown in FIG. 1, the CF fiber orientation angles in the upper and lower CF sublayers 4 and 5 are arranged to be the same. Here, the same fiber orientation angle of the CF means that the arrangement direction of the CF in the CF sublayers 4 and 5 is the same. It refers to the state obtained by laminating such layers. In many cases, different fiber orientation angles on both sides of the resin sublayer, which is effectively an insulator, increases the potential gradient between them and increases the risk of edge glow, so the fiber orientation angle should be the same. . Even if more than two CF sublayers are included in the prepreg, their fiber orientation angles are all the same. As the CF base material constituting the CF sublayer, it is preferable to use a UD sheet in which CF long fibers are aligned in one direction from the viewpoint of improving the mechanical properties of CFRP.

本発明のプリプレグ中では、この上下のCFサブレイヤーの間に樹脂サブレイヤー6が存在し、サンドイッチ構造をとる。樹脂サブレイヤーは、成形後もCFRP中で残存することから、プリプレグ全体としてのマトリックス樹脂含有率(以下、Rcということがある。)を一定以上として、かつ上下のCFサブレイヤーに炭素繊維を集中させ、高いVcfとすることができ、CFRPにおけるレイヤー間の導電率を高められる。一方、通常のプリプレグで含浸不足の状態となった場合のように、プリプレグ内部まで到達する樹脂が不十分で、プリプレグ厚み方向にCFサブレイヤーと異なる空間が見られる場合には、当該空間が樹脂サブレイヤーを形成しているとはみなさない。 In the prepreg of the present invention, resin sublayers 6 exist between the upper and lower CF sublayers to form a sandwich structure. Since the resin sublayer remains in the CFRP after molding, the matrix resin content rate (hereinafter sometimes referred to as Rc) of the entire prepreg is set to a certain level or more, and carbon fibers are concentrated in the upper and lower CF sublayers. and a high Vcf, which enhances the conductivity between layers in CFRP. On the other hand, as in the case of insufficient impregnation in a normal prepreg, when the resin that reaches the inside of the prepreg is insufficient and a space different from the CF sublayer can be seen in the prepreg thickness direction, the space is the resin It is not considered to form a sublayer.

本発明のプリプレグ3の上表面、下表面に存在する不溶粒子の量は0.1g/m以下である。ここで、不溶粒子とは、CFサブレイヤーのマトリックス樹脂に難溶あるいは不溶であり、プリプレグの成形過程で溶解または溶融することがない粒子のことを言う。具体的には、成形後に粒子体積の25%以上が保持されるもの、あるいは融点が成形温度以上であるものが目安となるが、後述のスペーサーとしての機能をマトリックス樹脂中で持たないことが肝要である。成形条件は成形法や用途により異なるが、一般的範囲については後述している。特に、オートクレーブ法による航空機一次構造材用途では、成形温度は180℃、成形時間は2時間、成形圧力は0.59MPaが一般的条件として例示できる。不溶粒子がプリプレグ表面に多いと、プリプレグを積層、成形し、CFRP化した時に、不溶粒子が望ましくないスペーサーとしての役割を持ち、いわゆるinterleaf構造のCF層間樹脂層を形成し、この上下のCF層の間の電位勾配が高くなり、エッジグローリスクが増大する。ここで、プリプレグの上表面、下表面を図1を用いて説明すると、3の厚み方向上の表面、すなわち4の上表面と5の下表面、言い換えれば、それぞれ上面の表面、下面の表面となる。プリプレグを積層したときに積層体の上面、下面に配置されるプリプレグの場合は、上面または下面のうち、他のプリプレグと接する表面が、上記不溶粒子の量の条件を満たせばよく、また積層体の中間部に配置されるプリプレグの場合は、上面および下面のいずれの表面も上記不溶粒子の量の条件を満たすことがよい。一般的には積層体の中間部に配置されるプリプレグの量が多いため、本発明のプリプレグにおいては、上面および下面の両方の表面に存在する不溶粒子の量が0.1g/m以下であることが好ましい。 The amount of insoluble particles present on the upper and lower surfaces of the prepreg 3 of the present invention is 0.1 g/m 2 or less. Here, the insoluble particles refer to particles that are sparingly soluble or insoluble in the matrix resin of the CF sublayer and that do not dissolve or melt during the prepreg molding process. Specifically, it is a standard that 25% or more of the particle volume is retained after molding, or that the melting point is higher than the molding temperature. is. Molding conditions vary depending on the molding method and application, but general ranges are described later. In particular, for aircraft primary structural material applications using the autoclave method, general conditions include a molding temperature of 180° C., a molding time of 2 hours, and a molding pressure of 0.59 MPa. If there are many insoluble particles on the surface of the prepreg, when the prepreg is laminated, molded, and converted to CFRP, the insoluble particles play an undesirable role as a spacer, forming a so-called interleaf structure CF interlayer resin layer, and the upper and lower CF layers. increases the potential gradient between and increases the risk of edge glow. Here, the upper and lower surfaces of the prepreg will be described with reference to FIG. Become. In the case of prepregs that are arranged on the upper and lower surfaces of the laminate when the prepregs are laminated, the surface of the upper surface or the lower surface that is in contact with the other prepreg may satisfy the condition for the amount of insoluble particles described above. In the case of the prepreg arranged in the middle part of the , both the upper surface and the lower surface preferably satisfy the condition of the amount of insoluble particles described above. Since a large amount of prepreg is generally placed in the middle part of the laminate, in the prepreg of the present invention, the amount of insoluble particles present on both the upper and lower surfaces is 0.1 g/m 2 or less. Preferably.

また、CFサブレイヤーにおけるプリプレグの単位面積当たりのCF質量(以下、FAWということがある。)は、積層効率の観点からは大きい方が好ましく、具体的には190g/m以上が好ましく、より好ましくは260g/m以上である。一方、プリプレグの取扱性の観点からは600g/m以下であることが好ましい。プリプレグ中のマトリックス樹脂含有率(以下、Rcということがある。)は、30%以上とすることがボイドの発生を抑制する観点から好ましく、より好ましくは32%以上である。一方、得られるCFRPの力学物性の観点からは36%以下であることが好ましい。ここでいうRcとは、プリプレグ全体における樹脂サブレイヤーの樹脂組成物を含めた樹脂含有の割合である。一般に、FAWが190~280g/mで、Rcが32%~36%の範囲では、プリプレグの厚みは180~300μmと好ましい範囲となる。 In addition, the CF mass per unit area of the prepreg in the CF sublayer (hereinafter sometimes referred to as FAW) is preferably large from the viewpoint of lamination efficiency, specifically 190 g / m 2 or more, and more It is preferably 260 g/m 2 or more. On the other hand, it is preferably 600 g/m 2 or less from the viewpoint of handleability of the prepreg. The matrix resin content (hereinafter sometimes referred to as Rc) in the prepreg is preferably 30% or more from the viewpoint of suppressing the generation of voids, and more preferably 32% or more. On the other hand, it is preferably 36% or less from the viewpoint of the mechanical properties of the resulting CFRP. Here, Rc is the ratio of the resin content including the resin composition of the resin sublayer in the entire prepreg. In general, when the FAW is 190-280 g/m 2 and the Rc is 32%-36%, the thickness of the prepreg is preferably 180-300 μm.

以下本発明をさらに詳しく説明する。 The present invention will be described in more detail below.

<炭素繊維サブレイヤー(CFサブレイヤー)>
本発明で用いるCFサブレイヤーは、少なくともCFとマトリックス樹脂を含有するが、CFには、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系等が挙げられ、航空機材料用としては、引張強度の高いPAN系が好ましく用いられる。CFをシート状に形成したCFシートにマトリックス樹脂を含浸したものが、CFサブレイヤーとして好ましく用いられる。前記CFシートは、一般的にハンドリング性向上のためにCF表面に付着されるサイジング剤以外の樹脂が実質的に含まれない状態のことを指し、具体的にはCFシートはサイジング剤以外の樹脂含有割合が1質量%以下であることが好ましい。引き揃えた複数本のCFに既に樹脂が含浸されている、従来のプリプレグとは異なるものである。CFの平均繊維径は、3μm以上とすると構造材用CFRPとして十分な力学特性が得られる。航空機の構造材用途では5μm以上が一般的である。更に、6μm以上9μm以下とすると、プリプレグ製造過程でのCFシートへのマトリックス樹脂の含浸が容易となり、CFサブレイヤー中の未含浸領域を小さくできる。これにより、スリット加工装置や自動積層(AFP、ATL)装置でプリプレグを搬送する過程において、未含浸領域のCFに由来する毛羽の発生を抑制することができる。また、プリプレグ成形時のマトリックス樹脂の流動により、プリプレグ中のCFの未含浸領域を含浸させる過程においても、マトリックス樹脂の流動性を高くでき、CFRP中のボイド発生のリスクを低減出来る。更に、X線光電子分光法で測定した全炭素原子と全酸素原子との原子数の比、すなわちCF表面酸素濃度である[O/C]を0.12以下とすると、CFRPの力学特性と導電性のバランスが取れ、好ましい。[O/C]は、より好ましくは0.10以下である。特開2013-067750号公報の段落[0126]には、硫酸水溶液で電気処理することで[O/C]を0.10とできることが記載されている。CFシートとしては、CFが一方向に引き揃えられたUDシートが好ましく用いられるが、UDシートをスティッチ糸で結合したいわゆるノンクリンプファブリック(NCF)を用いることもできる。
<Carbon fiber sublayer (CF sublayer)>
The CF sublayer used in the present invention contains at least CF and a matrix resin. Examples of CF include polyacrylonitrile (PAN), pitch, etc. For aircraft materials, PAN with high tensile strength is preferred. It is preferably used. A CF sheet obtained by forming CF into a sheet and impregnated with a matrix resin is preferably used as the CF sublayer. The CF sheet generally refers to a state in which resins other than the sizing agent attached to the surface of the CF are not substantially contained in order to improve handling properties. Specifically, the CF sheet is a resin other than the sizing agent. The content is preferably 1% by mass or less. This differs from conventional prepregs in which a plurality of aligned CFs are already impregnated with resin. When the average fiber diameter of CF is 3 μm or more, sufficient mechanical properties can be obtained as CFRP for structural materials. 5 μm or more is common for aircraft structural material applications. Furthermore, when the thickness is 6 μm or more and 9 μm or less, impregnation of the matrix resin into the CF sheet in the prepreg manufacturing process is facilitated, and the non-impregnated area in the CF sublayer can be reduced. As a result, in the process of transporting the prepreg with a slitting device or an automatic laminating (AFP, ATL) device, it is possible to suppress the occurrence of fluff due to CF in the non-impregnated region. In addition, due to the flow of the matrix resin during prepreg molding, the fluidity of the matrix resin can be increased even in the process of impregnating the non-impregnated region of the prepreg with CF, and the risk of void generation in the CFRP can be reduced. Furthermore, when the ratio of the number of atoms of all carbon atoms to all oxygen atoms measured by X-ray photoelectron spectroscopy, that is, the CF surface oxygen concentration [O / C] is 0.12 or less, the mechanical properties and conductivity of CFRP Gender balanced and desirable. [O/C] is more preferably 0.10 or less. Paragraph [0126] of JP-A-2013-067750 describes that [O/C] can be set to 0.10 by electrical treatment with an aqueous sulfuric acid solution. As the CF sheet, a UD sheet in which the CF is aligned in one direction is preferably used, but a so-called non-crimp fabric (NCF) in which the UD sheet is bound with stitch yarns can also be used.

CFサブレイヤー中のCFの体積含有比率(Vcf)は、前述したように、高くすることが好ましい。これにより、プリプレグを積層、成形し、CFRPとした時に本発明のプリプレグと隣接するレイヤーとの間の導電率を高くし、エッジグロー抑制、誘導溶接における誘導加熱温度を向上できる。好ましいCFサブレイヤーのVcfは上述の通りであるが、かかるVcfは、例えば以下の手順で求めることができる。
手順1:プリプレグの断面写真から、CFサブレイヤーの体積分率を計算する。
手順2:10cm四方のサイズにプリプレグをカットする。
手順3:カットされたプリプレグの質量を計測する。
手順4:カットされたプリプレグ中のマトリックス樹脂を溶剤などで溶出させ、プリプレグに含有されたCFを採取する。
手順5:採取したCFの質量を計測する。
手順6:CFのプリプレグに対する質量分率を計算する。
手順7:CF密度、マトリックス樹脂密度からプリプレグ全体のVcfを計算する。
手順8:プリプレグ全体のVcfとCFサブレイヤーの体積分率から、CFサブレイヤー中のVcfを求める。
As described above, the volume content ratio (Vcf) of CF in the CF sublayer is preferably high. As a result, when the prepreg is laminated and molded to form CFRP, the conductivity between the prepreg of the present invention and the adjacent layer can be increased, edge glow can be suppressed, and the induction heating temperature in induction welding can be improved. Although the preferred CF sublayer Vcf is as described above, such Vcf can be obtained, for example, by the following procedure.
Procedure 1: Calculate the volume fraction of the CF sublayer from the cross-sectional photograph of the prepreg.
Procedure 2: Cut the prepreg into a size of 10 cm square.
Procedure 3: Measure the mass of the cut prepreg.
Step 4: The matrix resin in the cut prepreg is eluted with a solvent or the like, and the CF contained in the prepreg is collected.
Step 5: Measure the mass of the collected CF.
Step 6: Calculate the mass fraction of CF relative to the prepreg.
Procedure 7: Calculate Vcf of the entire prepreg from CF density and matrix resin density.
Step 8: Obtain Vcf in the CF sublayer from the Vcf of the entire prepreg and the volume fraction of the CF sublayer.

本発明のプリプレグに用いるマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂と硬化剤とを含むことが好ましく、これに代えて熱可塑性樹脂を単独で主剤として用いてもよい。これとは別に、後述の通り、熱硬化性樹脂に、これに溶解する熱可塑性樹脂を混合して、硬化剤と共に用いてもよい。CFシートへのマトリックス樹脂の含浸のしやすさという観点から熱硬化性樹脂がマトリックス樹脂中の50質量%より多く含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が一般的に用いられるが、特に、アミン類、フェノール類、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。具体的には、アミン類を前駆体とするエポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル-p-アミノフェノール、トリグリシジル-m-アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体、フェノール類を前駆体とするエポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂等が挙げられるが、これに限定されない。CFRPの引張強度を向上させるためには、マトリックス樹脂の架橋密度低減が有効であるが、その低減により耐熱性や弾性率が低下する。この解決のため、剛直骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂や、ペンダント型エポキシ樹脂であるグリシジルアニリン型エポキシ樹脂を用いることも好ましい。また、これらをブロモ化したブロモ化エポキシ樹脂も用いられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンに代表される芳香族アミンを前駆体とするエポキシ樹脂は、耐熱性が良好でCFとの接着性が良好なため本発明に適している。 The matrix resin used in the prepreg of the present invention preferably contains a thermosetting resin and a curing agent. Alternatively, a thermoplastic resin may be used alone as the main component. Alternatively, as will be described later, a thermosetting resin may be mixed with a thermoplastic resin that dissolves therein and used together with a curing agent. From the viewpoint of ease of impregnation of the matrix resin into the CF sheet, it is preferable that the thermosetting resin is contained in an amount of more than 50% by mass in the matrix resin. Epoxy resins are generally used as thermosetting resins, and epoxy resins whose precursors are amines, phenols, and compounds having a carbon-carbon double bond are particularly preferred. Specifically, as epoxy resins having amines as precursors, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, various isomers of triglycidylaminocresol, and phenols are used as precursors. Epoxy resins used as the body include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, and a compound having a carbon-carbon double bond as a precursor. Examples of the epoxy resin to be used include, but are not limited to, alicyclic epoxy resins and the like. In order to improve the tensile strength of CFRP, it is effective to reduce the crosslink density of the matrix resin. To solve this problem, it is also preferable to use a dicyclopentadiene type epoxy resin having a rigid skeleton or a glycidylaniline type epoxy resin which is a pendant type epoxy resin. A brominated epoxy resin obtained by bromating these is also used. Epoxy resins whose precursors are aromatic amines represented by tetraglycidyldiaminodiphenylmethane are suitable for the present invention because they have good heat resistance and good adhesiveness to CF.

熱硬化性樹脂は、硬化剤と組み合わせて、好ましく用いられる。例えばエポキシ樹脂の場合には、硬化剤としてエポキシ基と反応しうる活性基を有する化合物を用いることができる。好ましくは、アミノ基、酸無水物基、アジド基を有する化合物が適している。具体的には、ジシアンジアミド、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が適している。具体的に説明すると、ジシアンジアミドはプリプレグの保存性に優れるため好んで用いられる。また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物を与えるため本発明には最も適している。アミノ安息香酸エステル類としては、トリメチレングリコールジ-p-アミノベンゾエートやネオペンチルグリコールジ-p-アミノベンゾエートが好んで用いられ、ジアミノジフェニルスルホンに比較して、耐熱性に劣るものの、引張強度に優れるため、用途に応じて選択して用いられる。必要に応じ高価触媒を用いることも可能である。また、マトリックス樹脂のポットライフを向上させる意味から、硬化剤や硬化触媒と錯体形成可能な錯化剤との併用も可能である。 A thermosetting resin is preferably used in combination with a curing agent. For example, in the case of epoxy resin, a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group can be used as a curing agent. Compounds having an amino group, an acid anhydride group, or an azide group are preferred. Specifically, dicyandiamide, various isomers of diaminodiphenylsulfone, and aminobenzoic acid esters are suitable. Specifically, dicyandiamide is preferably used because it is excellent in preservability of the prepreg. Further, various isomers of diaminodiphenylsulfone are most suitable for the present invention since they give a cured product having good heat resistance. As aminobenzoic acid esters, trimethylene glycol di-p-aminobenzoate and neopentyl glycol di-p-aminobenzoate are preferably used. Because it is excellent, it is selected and used according to the application. Expensive catalysts can also be used if necessary. Moreover, from the viewpoint of improving the pot life of the matrix resin, it is also possible to use a complexing agent capable of forming a complex with a curing agent or a curing catalyst.

また本発明では、マトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して用いることも好適である。ここでの熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂を含むマトリックス樹脂の他の成分に150℃で可溶なものが好ましい。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物は、熱硬化性樹脂を単独で用いた場合より良好な結果を与える。これは、熱硬化性樹脂が、一般に脆い欠点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が可能であるのに対して、熱可塑性樹脂は、一般に強靱である利点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が困難であるという二律背反した特性を示すため、これらを混合することで物性と成形性のバランスをとることができるためである。混合して用いる場合は、プリプレグを硬化してなるCFRPの力学特性の観点から、マトリックス樹脂中に熱硬化性樹脂を50質量%より多く含むことが好ましい。また、得られるCFRPの良好な力学物性という観点に加えて、CFシートへのマトリックス樹脂の含浸のしやすさという観点から樹脂サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂全体を100質量部とした際に、熱硬化性樹脂と硬化剤を総質量部として60質量部以上含んでいることが好ましく、70質量部以上含んでいることがより好ましく、80質量部以上含んでいることが更に好ましい。熱可塑性樹脂は1質量部以上40質量部以下含んでいることが好ましく、3質量部以上30質量部以下含んでいることがより好ましく、5質量部以上20質量部以下含んでいることが更に好ましい。本発明において、前記樹脂サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂全体というときは、プリプレグを構成する上面および下面の炭素繊維シート以外の樹脂のことを指す。 In the present invention, it is also preferable to use a mixture of a thermosetting resin and a thermoplastic resin as the matrix resin. The thermoplastic resin used here is preferably one that is soluble at 150° C. in other components of the matrix resin including the thermosetting resin. Mixtures of thermosets and thermoplastics give better results than thermosets alone. This is because thermosetting resins generally have the disadvantage of being brittle but can be molded at low pressure using an autoclave, whereas thermoplastic resins generally have the advantage of being tough but are difficult to mold at low pressure using an autoclave. This is because the physical properties and moldability can be balanced by mixing them. When mixed and used, the matrix resin preferably contains more than 50% by mass of the thermosetting resin from the viewpoint of the mechanical properties of the CFRP obtained by curing the prepreg. In addition to the viewpoint of good mechanical properties of the obtained CFRP, from the viewpoint of ease of impregnation of the matrix resin into the CF sheet, when the total matrix resin constituting the resin sublayer is 100 parts by mass, heat The total mass of the curable resin and the curing agent is preferably 60 parts by mass or more, more preferably 70 parts by mass or more, and even more preferably 80 parts by mass or more. The thermoplastic resin preferably contains 1 part by mass or more and 40 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less. . In the present invention, the entire matrix resin constituting the resin sublayer refers to the resin other than the carbon fiber sheets on the upper and lower surfaces constituting the prepreg.

熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素・炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合、カルボニル結合から選ばれる結合を有するポリマーを用いることができる。具体的には、ポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリアミドイミド(PAI)などを例示できる。航空機用途などの耐熱性が要求される分野では、PPS、PES、PI、PEI、PSU、PEEK、PEKK、PAEKなどが好適である。一方、産業用途や自動車用途などでは、成形効率を上げるため、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィンやPA、ポリエステル、PPSなどが好適である。これらはポリマーでも良いし、低粘度、低温塗布のため、オリゴマーやモノマーを用いても良い。これらは目的に応じ、共重合されていても良いし、各種を混合しポリマーブレンド・アロイとして用いることもできる。 The thermoplastic resin has a main chain selected from carbon-carbon bonds, amide bonds, imide bonds, ester bonds, ether bonds, carbonate bonds, urethane bonds, urea bonds, thioether bonds, sulfone bonds, imidazole bonds, and carbonyl bonds. Polymers with bonds can be used. Specifically, polyacrylate, polyolefin, polyamide (PA), aramid, polyester, polycarbonate (PC), polyphenylene sulfide (PPS), polybenzimidazole (PBI), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyaryletherketone (PAEK), polyamideimide (PAI), etc. can. PPS, PES, PI, PEI, PSU, PEEK, PEKK, PAEK and the like are suitable for fields such as aircraft applications where heat resistance is required. On the other hand, for industrial applications and automotive applications, polyolefins such as polypropylene (PP), PA, polyester, PPS, etc. are suitable in order to increase molding efficiency. These may be polymers, or may be oligomers or monomers for low viscosity and low temperature application. Depending on the purpose, these may be copolymerized, or various types may be mixed and used as a polymer blend alloy.

また、CFサブレイヤーには、導電性をさらに向上させる観点から、導電性物質を含有することも好ましい。例えば、後述する金属粒子、金属コーティング粒子、カーボン粒子、ナノカーボン(カーボンナノチューブやカーボンブラックなど)等を例示できる。ナノカーボンなどのナノ物質は、後述する導電助剤にもなり得る。ただし、上面を構成するCFサブレイヤーの上表面、下面を構成するCFサブレイヤー下表面に存在する不溶粒子の量は0.1g/m以下とする点に留意が必要である。 In addition, the CF sublayer preferably contains a conductive substance from the viewpoint of further improving conductivity. For example, metal particles, metal-coated particles, carbon particles, nanocarbon (carbon nanotubes, carbon black, etc.), etc., which will be described later, can be exemplified. Nano-substances such as nanocarbon can also serve as a conductive aid, which will be described later. However, it should be noted that the amount of insoluble particles present on the upper surface of the CF sublayer forming the upper surface and the lower surface of the CF sublayer forming the lower surface should be 0.1 g/m 2 or less.

<樹脂サブレイヤー>
樹脂サブレイヤーは、成形後もCFRP中で残存することで、プリプレグ全体としてのマトリックス樹脂含有率(Rc)を所望の範囲に保っても、CFサブレイヤー中のVcfを高くできる。これにより、本発明のプリプレグ積層体における隣接CFサブレイヤー間(プリプレグply間)の導電性は飛躍的に向上する。加えて、衝撃に対して変形可能な樹脂サブレイヤ-がCFRP中で残存することで、樹脂サブレイヤ-を形成していない、同じ樹脂含有率のプリプレグと比較した際に耐衝撃性が向上するという効果も得られる。この観点から、樹脂サブレイヤーの厚みは1μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、20μm以上がさらに好ましい。さらに好ましくは30μm以上である。一方で、プリプレグ全体の厚みを低減し、プリプレグテープとした時の取り扱い性を向上させるためには、樹脂サブレイヤーの厚みは100μm以下が好ましく、より好ましくは70μm以下である。また、樹脂サブレイヤ-に導電性のスペーサーを用いる場合に対しては、樹脂サブレイヤ-の厚さは70μm以下であることがより好ましく、55μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがより好ましい。樹脂サブレイヤ-の厚さの上限が上記範囲にあることで、樹脂サブレイヤ-内に存在する導電性のスペーサーが隣接したCFサブレイヤ-間の導電パスとして機能する割合が高まるため、CFRPにおける隣接した繊維方向が異なるCFレイヤー間での導電性向上に加えて、CFRPとしての導電率向上も期待できる。成形過程で、上下のCFサブレイヤー間の距離、すなわち樹脂サブレイヤー厚みを一定以上確保するため、樹脂サブレイヤーがスペーサーを含有することが好ましい。ここで、成形条件は目的に応じて適宜選択されるが、例えば本願明細書実施例記載の条件などを例示することができる。また、スペーサーとは、後述のプリプレグおよびこれを成形して得られるCFRPの製造方法において、物理的作用によりCFサブレイヤ-とCFサブレイヤ-の間に樹脂サブレイヤーの形状を保持させる機能を有するマトリックス樹脂に含まれる固形の物質であり、マトリックス樹脂や樹脂サブレイヤーの樹脂組成物に難溶あるいは不溶の物質である。具体的には、成形後に成形前のスペーサー体積の25%以上が保持されるもの、あるいは融点が成形温度以上であるものが好ましい。また、スペーサーは成形過程でCFサブレイヤーへのスペーサーの混合が抑制されるように、例えばスペーサーが粒子形態の場合には長径、繊維形態の場合には断面直径、繊維長といった、スペーサーの少なくとも一辺のサイズが炭素繊維の繊維直径よりも大きい物質が求められることが多い。
<Resin sublayer>
Since the resin sublayer remains in the CFRP after molding, Vcf in the CF sublayer can be increased even if the matrix resin content (Rc) of the prepreg as a whole is kept within a desired range. As a result, the electrical conductivity between adjacent CF sublayers (between prepreg plies) in the prepreg laminate of the present invention is dramatically improved. In addition, since the resin sublayer that can be deformed against impact remains in the CFRP, the impact resistance is improved when compared to a prepreg that does not form a resin sublayer and has the same resin content. is also obtained. From this point of view, the thickness of the resin sublayer is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably 20 μm or more. More preferably, it is 30 μm or more. On the other hand, the thickness of the resin sublayer is preferably 100 μm or less, and more preferably 70 μm or less, in order to reduce the thickness of the prepreg as a whole and improve the handleability of the prepreg tape. Further, when a conductive spacer is used for the resin sublayer, the thickness of the resin sublayer is preferably 70 μm or less, more preferably 55 μm or less, and more preferably 50 μm or less. preferable. When the upper limit of the thickness of the resin sublayer is within the above range, the ratio of conductive spacers present in the resin sublayer to function as conductive paths between adjacent CF sublayers increases, so adjacent fibers in CFRP In addition to improving the conductivity between CF layers having different directions, it is also expected to improve the conductivity of CFRP. In the molding process, the resin sublayer preferably contains a spacer in order to ensure the distance between the upper and lower CF sublayers, that is, the thickness of the resin sublayer, at a certain level or more. Here, the molding conditions are appropriately selected depending on the purpose, and for example, the conditions described in the examples of the present specification can be exemplified. Further, the spacer is a matrix resin that has the function of holding the shape of the resin sublayer between the CF sublayers by physical action in the prepreg and the CFRP manufacturing method obtained by molding the same, which will be described later. It is a solid substance contained in the matrix resin and a substance that is sparingly soluble or insoluble in the resin composition of the resin sublayer. Specifically, it is preferable to retain 25% or more of the volume of the spacer before molding after molding, or to have a melting point equal to or higher than the molding temperature. In addition, the spacer has at least one side of the spacer, such as a long diameter when the spacer is in the form of particles, a cross-sectional diameter when the spacer is in the form of fibers, and a fiber length, so that mixing of the spacer into the CF sublayer is suppressed during the molding process. A material having a size larger than the fiber diameter of the carbon fibers is often sought.

形態としては、粒子、繊維状物、またそれらの集合体などが挙げられ、粒子形態を好適な例として挙げることができる。上記のように樹脂サブレイヤー厚みを制御する観点から、粒子サイズとしては、モード径あるいは平均粒子径は、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上である。一方、上限としては、100μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下である。粒子形状としては、真球状でもそれ以外の形状でも良いが、真球度0.90以上、より好ましくは0.95以上であることが、樹脂サブレイヤー形成過程での樹脂の流動性制御や、CFRPとした後の力学特性向上の観点から好ましい。ここで、真球度とは、プリプレグや樹脂サブレイヤーから溶剤等を用いて粒子を抽出し、その顕微鏡写真から無作為に30個の粒子を選び、その短径と長径から下記数式に従い、求めることができる。抽出が難しい場合には、プリプレグや樹脂サブレイヤーの断面や表面を顕微鏡で観察し、短径と直径を求めることもできる。 Examples of the form include particles, fibrous materials, aggregates thereof, and the like, and a preferred example is the form of particles. From the viewpoint of controlling the resin sublayer thickness as described above, the mode diameter or average particle diameter of the particles is preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and still more preferably 20 μm or more. On the other hand, the upper limit is 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 40 μm or less. The particle shape may be a true sphere or any other shape. It is preferable from the viewpoint of improving the mechanical properties after making it into CFRP. Here, the sphericity is obtained by extracting particles from the prepreg or resin sublayer using a solvent or the like, randomly selecting 30 particles from the micrograph, and calculating the minor axis and major axis according to the following formula. be able to. If extraction is difficult, the cross section and surface of the prepreg or resin sublayer can be observed under a microscope to obtain the minor axis and diameter.

Figure 2023106337000002
Figure 2023106337000002

なお、上式にて、S:真球度、a:長径、b:短径、n:測定数30とする。 In the above formula, S: sphericity, a: major axis, b: minor axis, n: 30 measurements.

一般に、熱硬化プリプレグでは、粒子状のスペーサーとして、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル等のポリマー粒子が、CF層間靭性や耐衝撃性向上のため用いられているが、ポリアミドの中でも、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、ポリアミド66やポリアミド6/12共重合体、特開平1-104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物においてセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたポリアミド(セミIPNポリアミド)などを好適に用いることができる。真球状ポリマー粒子の市販品としては、ポリアミド系としてはSP-500、SP-10(東レ(株)製)、ポリメチルメタクリレート系としてはMBX-12などのMBXシリーズおよびSSX-115などのSSXシリーズ(積水化成品(株)製)、ポリスチレン系としてはSBX-12などのSBXシリーズ(積水化成品(株)製)、また、それらの共重合体としてはMSXやSMX(積水化成品(株)製)、ポリウレタン系としてはダイミックビーズCMシリーズ、酢酸セルロース系としてはBELLOCEA((株)ダイセル製)、フェノール樹脂系としてはマリリン(群栄化学(株)製)などが挙げられる。なお、真球状ではないが、“オルガソール(登録商標)”1002D、2001UD、2001EXD、2002D、3202D、3501D,3502D、(以上、アルケマ(株)製)、“グリルアミド(登録商標)”TR90(エムザベルケ(株)社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323、CX9701、CX9704(デグサ(株)社製)等を使用することもできる。これらの粒子は、単独で使用しても複数を併用してもよい。ポリエーテルイミドの市販品としては“ウルテム(登録商標)”1000、“ウルテム(登録商標)”1010、“ウルテム(登録商標)”1040(以上、SABICイノベーティブプラスチックス社製)などが挙げられる。また、ポリマー粒子ではないが、無機粒子もスペーサーとして使用することができ、金属酸化物粒子や金属粒子、カーボン粒子などを例示できる。金属酸化物粒子では、ガラス粒子、特にガラス中空粒子を用いると、CFRPをさらに軽量化できる。また、金属粒子やカーボン粒子、ポリマー粒子やガラス粒子に金属やカーボンをコーティングした粒子を用いると、CFRPの導電性をさらに向上できる。カーボン粒子としては、(002)面間隔が3.4~3.7オングストロームのものを用いると、導電性を向上させ易く、好ましい。例えば、カーボン粒子の例として、日本カーボン(株)製ICBは(002)面間隔が3.53オングストロームであり、ほぼ真球状のカーボン粒子であることが、炭素、No.168、157-163(1995).に記載されている。また、この真球状カーボン粒子は非常に硬質であり、圧縮変形を与えても変形し難く、さらに圧縮を除去すると粒子形状が元に戻ることも記載されている。CFRPを航空機の構造材として用いた場合、飛行中の主翼のしなりに代表されるように構造材には変形が与えられるが、真球状カーボン粒子を含有するFRPでは、真球状カーボン粒子が不可逆的な変形を持ちにくいことから、安定した導電性の発現が期待される。 In thermosetting prepregs, polymer particles such as polyamide, polyetherimide, polyamideimide, and polyphenylene ether are generally used as particulate spacers to improve CF interlayer toughness and impact resistance. Polyamide 12, polyamide 11, polyamide 6, polyamide 66 or polyamide 6/12 copolymer, polyamide semi-IPN (polymer interpenetrating network structure) in the epoxy compound described in Example 1 of JP-A-1-104624 (semi-IPN polyamide) and the like can be suitably used. Commercially available spherical polymer particles include polyamide-based SP-500 and SP-10 (manufactured by Toray Industries, Inc.), and polymethylmethacrylate-based MBX series such as MBX-12 and SSX series such as SSX-115. (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.), SBX series such as SBX-12 as polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.), and MSX and SMX (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.) as their copolymers (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd.), Dymic Beads CM series as polyurethane type, BELLOCEA (manufactured by Daicel Corporation) as cellulose acetate type, and Marilyn (manufactured by Gun Ei Kagaku Co., Ltd.) as phenolic resin type. Although not spherical, "Orgasol (registered trademark)" 1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (manufactured by Arkema Co., Ltd.), "Grilamid (registered trademark)" TR90 (Mzawerke) Co., Ltd.), "TROGAMID (registered trademark)" CX7323, CX9701, CX9704 (Degussa Co., Ltd.) and the like can also be used. These particles may be used singly or in combination. Commercially available polyetherimide products include "Ultem (registered trademark)" 1000, "Ultem (registered trademark)" 1010, and "Ultem (registered trademark)" 1040 (manufactured by SABIC Innovative Plastics). Inorganic particles, which are not polymer particles, can also be used as spacers, such as metal oxide particles, metal particles, and carbon particles. For metal oxide particles, the use of glass particles, particularly hollow glass particles, can further reduce the weight of CFRP. Further, the conductivity of CFRP can be further improved by using metal particles, carbon particles, polymer particles, or glass particles coated with metal or carbon. Carbon particles having a (002) interplanar spacing of 3.4 to 3.7 angstroms are preferable because the conductivity is easily improved. For example, as an example of carbon particles, ICB manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd. has a (002) interplanar spacing of 3.53 angstroms, and is a substantially spherical carbon particle. 168, 157-163 (1995). It is described in. It is also described that the perfectly spherical carbon particles are very hard and hardly deform even when compressive deformation is applied, and that the particle shape returns to its original shape when the compression is removed. When CFRP is used as a structural material for an aircraft, the structural material is deformed as typified by the bending of the main wing during flight, but in FRP containing spherical carbon particles, the spherical carbon particles are irreversible Since it is difficult to have significant deformation, it is expected to exhibit stable conductivity.

また、スペーサーとして繊維基材を用いることもできる。ここで繊維基材とは、繊維を組み合わせてなる構造体のことを言い、2次元のシート状や3次元の組み紐状の構造体を例示できる。この場合、樹脂サブレイヤーは繊維を含むものとなる。中でも、シート状繊維基材をスペーサーとして、樹脂を含浸させたFRPを樹脂サブレイヤーとすることが好ましい。シート状繊維基材としては、一方向材の他、織物、編物、不織布、紙などのファブリック形態の物を例示できる。繊維としては、プリプレグの成形過程で繊維形状を保持することが好ましいことから、無機繊維、例えばガラス繊維(GF)は好ましい。一方、CFRPの靭性向上の観点からはポリマー繊維が好ましく、このときには、成形温度よりもガラス転移温度、軟化点、流動開始温度、融点などが高い高耐熱ポリマーからなる繊維が好ましい。例えば、融点が180℃以上であるポリアミド(PA)系やポリエステル系、ポリエーテルケトン系(PEK、PEEK、PEKK、PAEK等)、ポリイミド系(PI、PEI、PAI等)、芳香族ポリアミド系、ポリエーテルスルホン系(PES等)、ポリスルホン系(PS等)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)系、またやそれらをベースとした共重合ポリマーからなる繊維等を例示できる。CFRPへの適用実績からGFRPやポリアミドFRPの使用が好ましい。 樹脂サブレイヤーを形成する樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等を用いることができるが、CFサブレイヤーと同じマトリックス樹脂を用いると、一貫性(consistency)の観点から好ましい。また、前記した高耐熱ポリマーを用いると、樹脂サブレイヤーにスペーサーを含有せずとも成形後に樹脂サブレイヤー厚みを保持できる。例えば、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂とアミン系硬化剤から構成され、プリプレグが180℃で成形されることを想定する場合、樹脂サブレイヤーとして融点が225℃のポリアミド6を用いることが考えられる。この場合には、樹脂サブレイヤーは樹脂フィルムの形態で用いることができ、プリプレグの成形過程で実質的にフィルム形態を保持可能である。航空機用途では、靭性向上のため、PESやPAが使用されることが多く、この場合もフィルム形態とでき、これらのフィルムを用いることが好ましい。また、近年では熱可塑CFRPにおいて、PPS、PEEK、PEKK、PAEK、またこれらの共重合体等が用いられ、これらもフィルム形態とでき、好ましく使用できる。 Moreover, a fiber base material can also be used as a spacer. Here, the fiber substrate refers to a structure formed by combining fibers, and examples thereof include a two-dimensional sheet-like structure and a three-dimensional braid-like structure. In this case, the resin sublayer contains fibers. Among them, it is preferable to use a sheet-like fiber base material as a spacer and use FRP impregnated with a resin as a resin sublayer. Examples of sheet-like fiber substrates include unidirectional materials as well as fabrics such as woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, and paper. Inorganic fibers, such as glass fibers (GF), are preferred as the fibers because they preferably retain their fiber shape during the prepreg molding process. On the other hand, from the viewpoint of improving the toughness of CFRP, polymer fibers are preferable, and in this case, fibers made of highly heat-resistant polymers having a glass transition temperature, softening point, flow initiation temperature, melting point, etc. higher than the molding temperature are preferable. For example, polyamide (PA)-based, polyester-based, polyetherketone-based (PEK, PEEK, PEKK, PAEK, etc.) having a melting point of 180 ° C. or higher, polyimide-based (PI, PEI, PAI, etc.), aromatic polyamide-based, poly Ethersulfone-based (PES, etc.), polysulfone-based (PS, etc.), polyphenylene sulfide (PPS)-based, and fibers made of copolymers based on them can be exemplified. It is preferable to use GFRP or polyamide FRP from the results of application to CFRP. A thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like can be used as the resin forming the resin sublayer, but it is preferable to use the same matrix resin as the CF sublayer from the viewpoint of consistency. In addition, the use of the above-mentioned highly heat-resistant polymer makes it possible to maintain the thickness of the resin sublayer after molding without including a spacer in the resin sublayer. For example, if the matrix resin is composed of an epoxy resin and an amine-based curing agent and the prepreg is molded at 180° C., it is possible to use polyamide 6 with a melting point of 225° C. as the resin sublayer. In this case, the resin sublayer can be used in the form of a resin film, and can substantially retain the film form during the prepreg molding process. In aircraft applications, PES and PA are often used to improve toughness, and in this case also, it can be in the form of a film, and it is preferable to use these films. In recent years, PPS, PEEK, PEKK, PAEK, and copolymers thereof have been used in thermoplastic CFRP.

<プリプレグの上表面および/または下表面に存在する不溶粒子の量>
本発明では、プリプレグ上表面および/または下表面に存在する不溶粒子の量が少ないことが、プリプレグを積層して得られるCFRP中でレイヤー間の導電性を向上させる観点から重要である。不溶粒子は、上記のとおり、マトリックス樹脂の樹脂組成物に難溶あるいは不溶であり、プリプレグの成形過程で溶解または溶融することがない。その量を少なくすると、プリプレグを積層した時の層間にてスペーサーとして機能する物質の量が少なくなるので、結果としてCFRP中でのレイヤー間での導電性を向上できる。プリプレグ上表面および/または下表面に存在する不溶粒子の量は0.1g/m以下とすることが重要であり、好ましくは0.05g/m以下である。
<Amount of insoluble particles present on the upper surface and/or lower surface of the prepreg>
In the present invention, it is important that the amount of insoluble particles present on the upper surface and/or the lower surface of the prepreg is small from the viewpoint of improving the conductivity between layers in CFRP obtained by laminating prepregs. As described above, the insoluble particles are sparingly soluble or insoluble in the resin composition of the matrix resin, and do not dissolve or melt during the molding process of the prepreg. If the amount is reduced, the amount of the substance functioning as a spacer between layers when prepregs are laminated is reduced, and as a result, the conductivity between layers in CFRP can be improved. It is important that the amount of insoluble particles present on the upper surface and/or the lower surface of the prepreg is 0.1 g/m 2 or less, preferably 0.05 g/m 2 or less.

プリプレグ上表面および/または下表面に存在する不溶粒子の量は、例えば以下のようにして求めることができる。すなわち、サンプルとして切り出されたプリプレグの表面(片面)からスパチュラ等を用いてプリプレグ表面の樹脂のみを慎重に採取する。採取された樹脂を溶媒に溶解後、ろ過し、粒子を濾別する。そして、濾別された粒子の質量を測定し、プリプレグのサンプル面積で除して、不溶粒子の量(g/m)を求める。プリプレグ表面の樹脂量が少なくサンプルを採取できない場合には、顕微鏡などでプリプレグ表面を観察し、粒子の存在を確認できなければ、不溶粒子の量は0.05g/m以下と考えることができる。ここで、上記溶媒としては、マトリックス樹脂を溶解するが、不溶粒子は溶解しないものを選択することが重要である。例えば、エポキシ樹脂+芳香族系アミン系硬化剤+ポリエーテルスルホン(PES)をベースとしたマトリックス樹脂にポリアミド系粒子を含有させたものに対しては、N-メチルピロリドン(NMP)等を用いることができる。濾過には、粒子が補足できる適切なポア径のフィルターを用いる。 The amount of insoluble particles present on the upper surface and/or the lower surface of the prepreg can be obtained, for example, as follows. That is, only the resin on the surface of the prepreg is carefully collected using a spatula or the like from the surface (one side) of the prepreg cut out as a sample. After dissolving the collected resin in a solvent, it is filtered to separate the particles. Then, the mass of the filtered particles is measured and divided by the sample area of the prepreg to obtain the amount of insoluble particles (g/m 2 ). If the amount of resin on the prepreg surface is too small to collect a sample, the prepreg surface is observed with a microscope or the like. If the presence of particles cannot be confirmed, the amount of insoluble particles can be considered to be 0.05 g/m 2 or less. . Here, as the solvent, it is important to select a solvent that dissolves the matrix resin but does not dissolve the insoluble particles. For example, N-methylpyrrolidone (NMP) or the like can be used for a matrix resin based on epoxy resin + aromatic amine curing agent + polyethersulfone (PES) containing polyamide particles. can be done. For filtration, use a filter with an appropriate pore size that allows particle trapping.

<プリプレグロール>
本発明のプリプレグは、プリプレグが巻かれて成るロール形態とすることが、運搬容易性の観点から好ましい。このとき、上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向方向をプリプレグロール長手方向と同一とすると、プリプレグをカットして積層する際に、引っ張りや圧縮特性の高い0°方向を長く取れるため好ましい。特に、後述する自動積層のためにプリプレグをスリットしてテープ化するときに重要である。
<Prepreg roll>
The prepreg of the present invention is preferably in the form of a roll formed by winding the prepreg from the viewpoint of ease of transportation. At this time, if the fiber orientation direction of the carbon fibers of the carbon fiber sublayers on the upper and lower surfaces is the same as the longitudinal direction of the prepreg roll, the 0° direction with high tensile and compressive properties can be long when the prepreg is cut and laminated. Therefore, it is preferable. In particular, it is important when slitting the prepreg to form a tape for automatic lamination, which will be described later.

<プリプレグテープ>
近年は、プリプレグの積層効率向上のため、Automated Fiber Placement(AFP)やAutomated Tape Lay―up(ATL)と呼ばれるプリプレグテープを自動積層することが一般的になってきている。本発明のプリプレグは、広幅プリプレグを長手方向にスリットすることによりテープ化することができる。
<Prepreg tape>
In recent years, automatic lamination of prepreg tapes called Automated Fiber Placement (AFP) or Automated Tape Lay-up (ATL) has become common in order to improve prepreg lamination efficiency. The prepreg of the present invention can be made into a tape by slitting the wide prepreg in the longitudinal direction.

スリット工程では、CFやマトリックス樹脂、またそれらの混合物がスリット刃へ付着・堆積・巻付くことがある。自動積層工程においても、自動積層機中でのプリプレグテープの走行経路で同様の問題が発生する場合がある。この観点からは、プリプレグ表面のタックを小さくすることが好ましい。また、ドライCFの存在比率をできるだけ小さくすることが好ましい。ここで、ドライCFとは、CFにマトリックス樹脂が付着していない状態のものを言い、CF同士がマトリックス樹脂で拘束されていないことから、スリット時にプリプレグから遊離し易い特徴がある。このため、プリプレグのマトリックス樹脂含浸度を高くして、プリプレグ表面のマトリックス樹脂量を少なくするとともに、ドライCFの存在比率をできるだけ小さくすることが好ましい。プリプレグの上記樹脂含浸度は、プリプレグの吸水率(以下、WPUということがある。)で評価することができ、WPUは7%以下とすることが好ましく、より好ましくは3%以下、更に好ましくは2%以下である。なお、WPUは以下のように測定することができる。すなわち、プリプレグから繊維長手方向長さ×幅方向(繊維方向に直交する方向)長さが100mm四方の大きさの試験片を切り取る。プリプレグの幅が100mmに満たない場合は、プリプレグの幅を試験片の幅方向長さとして、100mm未満でもよいが、繊維方向長さは100mmとする。次に、得られた試験片の質量W1を測定した後、試験片の一辺を、試験片の繊維方向が水面に対して垂直方向になるように配置し、試験片の端部から5mmの範囲(すなわち100mm×5mm)を、水に5分間浸漬する。5分間浸漬した試験片を水から取り出し、試験片の表面に付着した水分を、浸漬した面に触れないように注意しながらウェス等でふき取った後、試験片の質量W2を測定する。WPU(%)=((W2-W1)/W1)×100(%)であり、WPUが小さいほど含浸度が高いことを示している。 In the slitting process, CF, matrix resin, or a mixture thereof may adhere, accumulate, or wrap around the slitting blade. Also in the automatic lamination process, the same problem may occur in the running route of the prepreg tape in the automatic lamination machine. From this point of view, it is preferable to reduce the tackiness of the prepreg surface. Moreover, it is preferable to reduce the existence ratio of dry CF as much as possible. Here, the dry CF refers to a state in which the matrix resin is not attached to the CF, and since the CFs are not restrained by the matrix resin, they are characterized by being easily released from the prepreg during slitting. Therefore, it is preferable to reduce the amount of matrix resin on the surface of the prepreg by increasing the degree of impregnation of the prepreg with the matrix resin and to reduce the existence ratio of dry CF as much as possible. The degree of resin impregnation of the prepreg can be evaluated by the water absorption rate of the prepreg (hereinafter sometimes referred to as WPU), and the WPU is preferably 7% or less, more preferably 3% or less, and still more preferably 2% or less. Note that WPU can be measured as follows. That is, from the prepreg, a test piece having a size of 100 mm square in the length in the longitudinal direction of the fiber and the length in the width direction (direction orthogonal to the fiber direction) is cut. When the width of the prepreg is less than 100 mm, the width in the width direction of the prepreg may be less than 100 mm, but the length in the fiber direction shall be 100 mm. Next, after measuring the mass W1 of the obtained test piece, one side of the test piece is arranged so that the fiber direction of the test piece is perpendicular to the water surface, and the range of 5 mm from the end of the test piece (ie 100 mm x 5 mm) are immersed in water for 5 minutes. The test piece immersed for 5 minutes is removed from the water, and after wiping off moisture adhering to the surface of the test piece with a waste cloth or the like while being careful not to touch the immersed surface, the mass W2 of the test piece is measured. WPU (%)=((W2−W1)/W1)×100(%), indicating that the smaller the WPU, the higher the degree of impregnation.

一方、自動積層工程において、プリプレグテープの貼り付き性を高くすることで、積層速度を高くし、生産効率を向上できる。この観点からは、プリプレグのタックは高い方が好ましいが、前記したスリット工程や自動積層機の走行経路での問題を考慮すると、適切なタック力の範囲が存在する。具体的には、プローブタック法で測定される22℃におけるタック力が0.0059MPa以上0.025MPa以下であると、貼り付き性が良く、積層トラブル時のリペアにも対応しやすく好ましい。かかるタック力は、例えば以下のようにして測定することができる。タックテスタとしては、PICMAタックテスタII:東洋精機(株)製)を用いることができる。まず、22℃の雰囲気下で、タックテスタに測定するプリプレグを設置し、18mm四方のガラス板を貼ったステンレス板(SUS304)を10mm/分の速度でプリプレグの上から下降させ、プリプレグに接地後すぐに、10mm/分の速度にて前記ステンレス板を上昇させて、プリプレグから引き剥がす際の剥離荷重を測定する。この時の最大荷重を接触面積で除することでタック力を求めることができる。例えば、測定された荷重が2.06Nなら接触面積(18mm四方)で除して、約0.0064MPaとなる。 On the other hand, in the automatic lamination process, by increasing the sticking property of the prepreg tape, the lamination speed can be increased and the production efficiency can be improved. From this point of view, it is preferable that the prepreg has a high tack, but considering the above-described problems in the slitting process and the running path of the automatic lamination machine, there is an appropriate tack force range. Specifically, when the tack force at 22° C. measured by the probe tack method is 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, it is preferable that the sticking property is good and the lamination trouble can be easily repaired. Such tack force can be measured, for example, as follows. As a tack tester, PICMA Tack Tester II: manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. can be used. First, in an atmosphere of 22 ° C., a prepreg to be measured was placed on a tack tester, and a stainless steel plate (SUS304) to which a 18 mm square glass plate was attached was lowered from the top of the prepreg at a speed of 10 mm / min, and immediately after contacting the prepreg. Second, the stainless steel plate is lifted at a speed of 10 mm/min to measure the peel load when it is peeled off from the prepreg. The tack force can be obtained by dividing the maximum load at this time by the contact area. For example, if the measured load is 2.06 N, it is divided by the contact area (18 mm square) to give about 0.0064 MPa.

また、スリット工程では、プリプレグを継ぎ足すことにより、巻き取るプリプレグテープ長をなるべく長くすることが好ましい。この時に、プリプレグ同士を長手方向に継ぎ足すためのスプライス部の強度は、プリプレグテープの巻き取りや自動積層機中での高速搬送のためには強い方が好ましい。スプライス強度には、プリプレグ同士の接着力の他、プリプレグの面外方向への変形し易さ、すなわちドレープ性も影響を与えている。本発明のプリプレグのドレープ性は以下のように評価することができる。すなわち、作製したプリプレグを幅方向長さ25mm、繊維方向長さ300mmにカットする。カットしたプリプレグの長さ片側端部の幅方向長さ25mm、繊維方向長さ100mmの部分を架台に密着させて固定し、プリプレグの残りの部分、すなわち幅方向25mm、繊維方向長さ200mmの部分が架台側面から突出した片持ち梁の状態にする。この状態で10分間静置した後、上記架台側面からプリプレグの固定されていない端部までの水平距離Aと、架台に固定したプリプレグの表面からプリプレグの固定されていない端までの垂直高さBを測定し、この2辺のタンジェントの値からドレープ角θ(PP)を算出する。つまりtanθ(PP)=B/Aの関係である。このドレープ角θ(PP)が大きいほど形状追従性が高いことを示す。すなわち、ドレープ角θ(PP)が大きいほどドレープ性が良好であることを示す。本発明では、ドレープ角θ(PP)を7°以上とすることで、プリプレグが面外方向へ変形し易くスプライス強度を高くする事ができる。一方、ドレープ角θ(PP)を17°以下とすることで、自動積層中にプリプレグテープが折り畳まれることを抑制し、自動積層効率を向上できる。 Moreover, in the slitting step, it is preferable to lengthen the length of the prepreg tape to be wound as much as possible by splicing the prepreg. At this time, it is preferable that the strength of the splice portion for splicing the prepregs in the longitudinal direction is high for winding the prepreg tape and high-speed conveyance in an automatic laminating machine. Splice strength is affected not only by the adhesive strength between prepregs but also by the easiness of deformation of the prepregs in the out-of-plane direction, that is, the drape property. The drape property of the prepreg of the present invention can be evaluated as follows. That is, the produced prepreg is cut into a length of 25 mm in the width direction and a length of 300 mm in the fiber direction. A portion of 25 mm in the width direction and 100 mm in the fiber direction length at one end of the cut prepreg is brought into close contact with the base and fixed, and the remaining portion of the prepreg, that is, a portion of 25 mm in the width direction and 200 mm in the fiber direction length. is a cantilever projecting from the side of the pedestal. After standing in this state for 10 minutes, the horizontal distance A from the side of the pedestal to the unfixed end of the prepreg, and the vertical height B from the surface of the prepreg fixed to the pedestal to the unfixed end of the prepreg. is measured, and the drape angle θ (PP) is calculated from the tangent values of the two sides. That is, the relationship is tan θ(PP)=B/A. The greater the drape angle θ(PP), the higher the shape followability. That is, the larger the drape angle θ(PP), the better the drapeability. In the present invention, by setting the drape angle θ (PP) to 7° or more, the prepreg can be easily deformed in the out-of-plane direction and the splice strength can be increased. On the other hand, by setting the drape angle θ (PP) to 17° or less, it is possible to suppress the prepreg tape from being folded during automatic lamination, thereby improving the automatic lamination efficiency.

本発明のプリプレグテープは、テープ側面に存在する、CFを含有する長さ1cm以上の毛羽の存在頻度が1個/10m以下であることが、自動積層工程での走行経路でのトラブルや積層体の品位向上の観点から好ましい。より好ましくは、存在頻度は0.2個/10m以下である。ここで、テープ側面とは、例えば図2に示すスリットされた各テープにおける右側面および左側面を言う。また、CFを含有する毛羽とは、ドライCFそのもの、あるいはCFとマトリックス樹脂の構成成分との混合物から成る繊維状物およびそれらの集合体を意味する。そして、この毛羽の長手方向の長さが1cm以上のものを評価対象とする。対象とする毛羽の一例を、図2の白楕円で囲われた部分に示す(図2は毛羽を分かり易く示すために、毛羽が長く、頻度も多い例を示している)。 In the prepreg tape of the present invention, the presence frequency of CF-containing fluff having a length of 1 cm or more, which is present on the side surface of the tape, is 1/10 m or less. It is preferable from the viewpoint of improving the quality of. More preferably, the existence frequency is 0.2 pieces/10 m or less. Here, the tape sides refer to the right side and left side of each slit tape shown in FIG. 2, for example. In addition, fluff containing CF means dry CF itself, or a fibrous material composed of a mixture of CF and constituents of a matrix resin, and aggregates thereof. Then, fluff with a length of 1 cm or more in the longitudinal direction is evaluated. An example of target fluff is shown in a portion surrounded by a white ellipse in FIG. 2 (FIG. 2 shows an example of long fluff and frequent fluff in order to show fluff in an easy-to-understand manner).

本発明のプリプレグは、所望の方向に複数枚積層されたプリプレグ積層体とし、その後、成形してCFRPとできる。プリプレグ積層体が本発明のプリプレグを少なくとも1層含むことで、CFRPのエッジグローを抑制したり、誘導加熱温度を向上することができる。プリプレグ積層体中で本発明のプリプレグが用いられる割合は、積層される枚数として50%以上であることが好ましい。また、必要に応じ、プリプレグ積層体やCFRP表面に織物プリプレグや表面保護材(Surfacing Material)を配することもできる。なお、ここで言う成形とは、プリプレグ積層体を必要に応じ賦形後、硬化することを言う。 The prepreg of the present invention can be made into a prepreg laminate in which a plurality of sheets are laminated in a desired direction, and then molded into CFRP. By including at least one layer of the prepreg of the present invention in the prepreg laminate, edge glow of CFRP can be suppressed and the induction heating temperature can be improved. The ratio of the prepreg of the present invention used in the prepreg laminate is preferably 50% or more in terms of the number of laminates. Further, if necessary, a woven prepreg or surface protective material (Surfacing Material) can be placed on the surface of the prepreg laminate or CFRP. The term "molding" as used herein refers to curing after shaping the prepreg laminate as necessary.

本発明のプリプレグの成形は、例えば、プリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱して賦形すると共に樹脂を硬化させるいわゆる加熱加圧成形法により、製造することができる。加熱加圧成形法としては、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等を用いることができる。通常、成形温度は硬化剤の種類により異なるが、130℃~220℃が一般的である。成形温度を前記範囲とすることで、十分な硬化性が得られる。オートクレーブ成形法での成形圧力は、プリプレグの厚みや炭素繊維の体積含有率などにより異なるが、通常、0.1~1MPaが一般的である。成形圧力を前記範囲とすることで、得られるCFRP中にボイドのような欠点などがなく、反りなどの寸法変動の少ないCFRPを得ることができる。特に、CFRPを航空機用構造体に適用する場合には、芳香族アミン系硬化剤を硬化剤の主体に用いることが多く、この場合には、成形温度は180℃近傍、成形時間は所望の成形温度到達後、2時間程度、成形圧力は0.59MPa程度が一般的である。 The prepreg of the present invention can be manufactured by, for example, a so-called heat and pressure molding method in which prepregs are laminated in a predetermined form, shaped by applying pressure and heat, and the resin is cured. As the heat pressure molding method, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like can be used. The molding temperature usually varies depending on the type of curing agent, but is generally 130°C to 220°C. Sufficient curability can be obtained by setting the molding temperature within the above range. The molding pressure in the autoclave molding method varies depending on the thickness of the prepreg and the volume content of carbon fibers, but is generally 0.1 to 1 MPa. By setting the molding pressure within the above range, it is possible to obtain a CFRP that is free from defects such as voids and has little dimensional variation such as warpage. In particular, when CFRP is applied to an aircraft structure, an aromatic amine-based curing agent is often used as the main curing agent. After reaching the temperature, the molding pressure is generally about 0.59 MPa for about 2 hours.

本発明により得られるCFRPは航空機用構造体に好適に用いることができる。航空機用構造体としては、平板構造体、円筒構造体、箱形構造体、C形構造体、H形構造体、L形構造体、T形構造体、I形構造体、Z形構造体、ハット形構造体などから選ばれるが挙げられる。これらの構造体を組み合わせることにより、航空機の部品が構成される。詳しくは、例えば『飛行機の構造設計』第5版、鳥養・久世、日本航空技術協会(2003)に記載されている。このような構造体は、例えば、国際公開第2017/110991号[0084]や国際公開第2016/043156号[0073]、国際公開第2019/0314078号[0088]記載のようにプリプレグを賦形して得ることができる。また、前記の所望の形状を有する型にプリプレグテープを自動積層した後、硬化させることにより、所望の形状を有する構造体を得ることもできる。 The CFRP obtained by the present invention can be suitably used for aircraft structures. Aircraft structures include flat plate structures, cylindrical structures, box-shaped structures, C-shaped structures, H-shaped structures, L-shaped structures, T-shaped structures, I-shaped structures, Z-shaped structures, It is selected from hat-shaped structures and the like. Aircraft parts are constructed by combining these structures. Details are described, for example, in "Airplane Structural Design" 5th Edition, Torikai and Kuze, Japan Aeronautical Engineering Association (2003). Such a structure is formed by forming a prepreg, for example, as described in WO2017/110991 [0084], WO2016/043156 [0073], and WO2019/0314078 [0088]. can be obtained. Also, a structure having a desired shape can be obtained by automatically laminating a prepreg tape on a mold having the desired shape and then curing the same.

航空機を製造するにあたっては、上記の構造体が複数接合された接合構造体により胴体や主翼、中央翼、尾翼などが形成される。構造体の接合手段としては、ボルト、リベット等のいわゆるファスナー、接着フィルム等が用いられる。更に、未硬化またはセミキュアしたプリプレグ積層体を接合した後、硬化するコキュア法を用いることもできる。 In manufacturing an aircraft, a fuselage, a main wing, a center wing, a tail wing, etc. are formed by a joint structure in which a plurality of the above structures are joined. As means for joining structures, so-called fasteners such as bolts and rivets, adhesive films, and the like are used. Furthermore, a co-curing method can also be used in which uncured or semi-cured prepreg laminates are bonded and then cured.

<本発明のプリプレグの製造方法>
本発明のサンドイッチ構造プリプレグの製造方法には特に制限は無いが、いくつかの例を下記する。
<Method for producing prepreg of the present invention>
Although there is no particular limitation on the method for producing the sandwich structure prepreg of the present invention, some examples are given below.

<製造方法1>
まず、樹脂シートを準備する。前記樹脂シートとは、樹脂が薄く広げられた形態で保持されたものを指し、例としては、熱可塑性樹脂が主成分の樹脂フィルム、熱硬化性樹脂組成物が離型紙上に塗布された樹脂フィルム、マトリックス樹脂が含浸されたシート状の繊維基材、といったものが挙げられる。この樹脂シートを2枚のプリプレグで挟んで、プリプレグ/樹脂シート/プリプレグのサンドイッチ構造を作製し、必要に応じ加熱および/または加圧処理を行い一体化することで、本発明のプリプレグを得ることができる。このとき、上記2枚のプリプレグの繊維方向が同一となるように積層する。この製造方法の簡易図を図16に示すが、プリプレグ長手方向とCF長手方向を一致させて製造する。下側のプリプレグ10に対する樹脂シート11の位置関係について、下側プリプレグの上に前記樹脂シートが配置されることが重要であるため、必ずしも下側のプリプレグが水平方向に配置されている必要はなく、樹脂シートに対してプリプレグは任意の傾斜角をもって配置された構成であっても構わない。これを巻き取ることにより、所望のプリプレグロールを得ることができる。プリプレグ表面のマトリックス樹脂における不溶粒子の含有量は0.1g/m以下とする。更に、樹脂シート自体が上下のプリプレグのマトリックス樹脂に溶解しないもの、あるいは樹脂シート中にスペーサーを含有する物を選択する。このような樹脂シートを用いれば、前記一体化処理やその後の成形過程で樹脂シート形状を保持でき、プリプレグ中において上下のCFサブレイヤ-の間に樹脂サブレイヤ-を形成する機能を果たす。更に、樹脂シート中にスペーサーを含有する場合には、樹脂シート全体に対し、スペーサーの含有量は好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上であることが、前記一体化処理やその後の成形過程で樹脂シート形状を保持させて、好ましい厚さの樹脂サブレイヤ-を形成させる観点から好ましい。
<Manufacturing method 1>
First, a resin sheet is prepared. The resin sheet refers to a sheet in which resin is held in a thinly spread form. Examples thereof include a resin film containing a thermoplastic resin as a main component, and a resin in which a thermosetting resin composition is applied on release paper. Examples include films and sheet-like fiber substrates impregnated with matrix resin. The resin sheet is sandwiched between two prepregs to form a prepreg/resin sheet/prepreg sandwich structure, and if necessary, the prepreg of the present invention is obtained by heating and/or pressurizing to integrate. can be done. At this time, the two prepregs are laminated such that the fiber directions of the two prepregs are the same. A simplified diagram of this manufacturing method is shown in FIG. 16. The prepreg longitudinal direction and the CF longitudinal direction are made to coincide with each other. Regarding the positional relationship of the resin sheet 11 with respect to the lower prepreg 10, it is important that the resin sheet is arranged on the lower prepreg, so the lower prepreg does not necessarily need to be arranged in the horizontal direction. Alternatively, the prepreg may be arranged with an arbitrary angle of inclination with respect to the resin sheet. A desired prepreg roll can be obtained by winding this. The content of insoluble particles in the matrix resin on the surface of the prepreg should be 0.1 g/m 2 or less. Furthermore, a resin sheet that does not dissolve in the matrix resin of the upper and lower prepregs or a resin sheet that contains a spacer is selected. By using such a resin sheet, the shape of the resin sheet can be maintained during the integration process and the subsequent molding process, and the function of forming a resin sublayer between the upper and lower CF sublayers in the prepreg is achieved. Furthermore, when spacers are contained in the resin sheet, the content of the spacers is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, relative to the entire resin sheet. It is preferable from the viewpoint of maintaining the shape of the resin sheet during the molding process and forming a resin sublayer with a preferable thickness.

以下、本発明のプリプレグを得るためのより具体的な例を記載する。エポキシ樹脂とジアミノジフェニルスルホン系硬化剤、ポリエーテルスルホンから成るマトリックス樹脂と一方向に引き揃えられたCFとを含むプリプレグ2枚(CFサブレイヤーとなるもの)を、繊維方向が同一となるように配置して、ポリアミド6から成る樹脂フィルム(樹脂サブレイヤーとなるもの)の上下から挟み込み、加熱しながら加圧して一体化させてプリプレグが得られる。また別の例としては、ポリアミド6から成る樹脂フィルムの代わりに樹脂シートとしてGFファブリックやGFRPを用いることもできる。更に別の例としては、一方向に引き揃えられたCFから構成されるプリプレグ2枚を、繊維方向が同一となるように配置して、共重合PAEKから成る樹脂フィルムの上下から挟み込み、加熱しながら加圧して一体化させてプリプレグが得られる。このとき、共重合PAEKには平均直径20μm程度のカーボン粒子をスペーサーとして含有させることができる。 More specific examples for obtaining the prepreg of the present invention are described below. Two prepregs (CF sublayers) containing a matrix resin made of epoxy resin, diaminodiphenylsulfone-based curing agent, polyethersulfone, and CF aligned in one direction are placed so that the fiber direction is the same. A prepreg is obtained by arranging, sandwiching from above and below a resin film (which becomes a resin sublayer) made of polyamide 6, and applying heat and pressure to integrate them. As another example, instead of the resin film made of polyamide 6, GF fabric or GFRP can be used as the resin sheet. As another example, two prepregs made of CF aligned in one direction are arranged so that the fiber direction is the same, and a resin film made of copolymerized PAEK is sandwiched from above and below and heated. The prepreg is obtained by applying pressure while unifying them. At this time, the copolymerized PAEK can contain carbon particles having an average diameter of about 20 μm as a spacer.

<製造方法2>
製造方法2では製造方法1よりも効率化された製造方法を例示する。
<Manufacturing method 2>
Manufacturing method 2 exemplifies a manufacturing method that is more efficient than manufacturing method 1 .

複数本のCFを引き揃え、繊維方向が同一のCFシートを2枚形成させ、一方のCFシート上に、スペーサーを含むマトリックス樹脂を付与する。その後、もう一枚のCFシートをその上から被せ、サンドイッチ構造を形成させる(<製造方法1>におけるプリプレグの代わりに、CFシートを用いたことに相当)。その後、このサンドイッチ構造を加熱しながら加圧して、マトリックス樹脂をCFシートに含浸させ、本発明のプリプレグを得ることができる。この製造方法の簡易図を図17に示すが、プリプレグ長手方向とCF長手方向を一致させて製造する。下側のCFシート14に対する樹脂付与装置15の位置関係について、下側CFシートの上に前記樹脂付与装置が配置されることが重要であるため、必ずしも下側のCFシートが水平方向に配置されている必要はなく、樹脂塗布方向に対してCFシートは任意の傾斜角をもって配置された構成であっても構わない。これを巻き取ることにより、所望のプリプレグロールを得ることができる。マトリックス樹脂の付与には、Tダイやスプレー塗布などによる直接塗布であっても、別途作製したマトリックス樹脂を含有する樹脂シートを積層する方法であっても良い。樹脂シートの形態としては、<製造方法1>で示すものが用いられる。また、GFプリプレグなどのようにスペーサーとしてキャリア基材を含む形で樹脂を付与しても良い。なお、スペーサーは樹脂付与時に樹脂に含有させても良いし、樹脂付与後に改めてスペーサーのみ付与しても良い。後者の具体的な方法としては、CFシートに付与された樹脂の表面に、スペーサー粒子を改めて付与したり、GFファブリックなどをシート状物として積層する方法などがある。なお、Tダイなどの樹脂をフィルム化して付与する方法は、国際公開第2018/173618号等を参考にすることができる。また、TダイをCFシートに押しつけたりダイの中に通すことなどで、一旦フィルム化することなく、樹脂を付与することもできる。また、スプレー塗布の方法は国際公開第2018/173619号等を参考にすることができる。この時も、サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂全体に対し、スペーサーの含有量は好ましくは3質量%以上40質量%以下、より好ましくは5質量%以上20質量%以下、更に好ましくは7質量%以上16質量%以下であることが、前記一体化処理やその後の成形過程で樹脂シート形状を保持させる観点から好ましい。前記サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂全体とは、プリプレグを構成する上面および下面の炭素繊維シート以外の樹脂のことを指す。スペーサーの含有割合が3質量%以上40質量%以下であるとプリプレグ成形時に、前述した好ましい厚さの樹脂サブレイヤ-の形成に有効なことに加えて、プリプレグのスリット加工性の悪化の原因となるCFサブレイヤ-内の樹脂の未含浸領域発生を抑制できる。更に、前述したプリプレグ積層体における隣接するCFレイヤー間での優れた導電性発現に好ましいVcfとなるCFサブレイヤ-形成に有効である。 A plurality of CFs are aligned to form two CF sheets having the same fiber direction, and a matrix resin containing spacers is applied to one of the CF sheets. After that, another CF sheet is covered thereon to form a sandwich structure (corresponding to using the CF sheet instead of the prepreg in <manufacturing method 1>). Thereafter, this sandwich structure is heated and pressurized to impregnate the CF sheet with the matrix resin to obtain the prepreg of the present invention. A simplified diagram of this manufacturing method is shown in FIG. 17. The prepreg longitudinal direction is aligned with the CF longitudinal direction. Regarding the positional relationship of the resin applying device 15 with respect to the lower CF sheet 14, it is important that the resin applying device is arranged above the lower CF sheet. The CF sheet may be arranged at an arbitrary angle of inclination with respect to the resin coating direction. A desired prepreg roll can be obtained by winding this. The matrix resin may be applied by direct coating using a T-die, spray coating, or the like, or by laminating separately prepared resin sheets containing the matrix resin. As the form of the resin sheet, one shown in <Manufacturing method 1> is used. Also, the resin may be applied in a form containing a carrier base material as a spacer, such as GF prepreg. The spacer may be contained in the resin when the resin is applied, or only the spacer may be added after the resin is applied. Specific examples of the latter method include a method in which spacer particles are added to the surface of the resin applied to the CF sheet, and a method in which a GF fabric or the like is laminated as a sheet-like material. In addition, International Publication No. 2018/173618 etc. can be referred for the method of film-forming resins, such as T-die, and providing. Also, by pressing a T-die against the CF sheet or passing it through a die, the resin can be applied without once forming a film. In addition, International Publication No. 2018/173619 and the like can be referred to for the method of spray coating. Also at this time, the content of the spacer is preferably 3% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, and still more preferably 7% by mass or more, relative to the entire matrix resin constituting the sublayer. The content of 16% by mass or less is preferable from the viewpoint of maintaining the shape of the resin sheet during the integration process and the subsequent molding process. The entire matrix resin constituting the sublayer refers to the resin other than the carbon fiber sheets of the upper and lower surfaces constituting the prepreg. When the content of the spacer is 3% by mass or more and 40% by mass or less, it is effective for forming the resin sublayer with the preferable thickness described above during prepreg molding, and in addition, it causes deterioration of the slit workability of the prepreg. It is possible to suppress the occurrence of resin non-impregnated areas in the CF sublayer. Furthermore, it is effective in forming CF sublayers that have a Vcf that is preferable for exhibiting excellent conductivity between adjacent CF layers in the prepreg laminate described above.

以下に、より具体的な例を記載する。エポキシ樹脂とジアミノジフェニルメタン系硬化剤、ポリエーテルスルホンから成るマトリックス樹脂にポリアミド系粒子(スペーサー粒子)を添加した樹脂組成物を準備する。これをCFシートにTダイを用いて塗布し、その後、もう一枚のCFシートを積層した後、加熱しながら加圧し、マトリックス樹脂をCFシートに含浸する。別の例としては、前記したマトリックス樹脂を、スプレーコーターを用いてCFシート表面に塗布した後、ポリアミド系粒子を撒布し、その後、もう一枚のCFシートを積層した後、加熱・加圧しマトリックス樹脂をCFシートに含浸する。 More specific examples are described below. A resin composition is prepared by adding polyamide-based particles (spacer particles) to a matrix resin composed of an epoxy resin, a diaminodiphenylmethane-based curing agent, and polyethersulfone. This is applied to a CF sheet using a T-die, followed by stacking another CF sheet, and then applying pressure while heating to impregnate the CF sheet with the matrix resin. As another example, after applying the matrix resin described above to the surface of the CF sheet using a spray coater, the polyamide-based particles are dispersed, and then another CF sheet is laminated, followed by heating and pressing to form the matrix. The resin is impregnated into the CF sheet.

<本発明により得られるCFRPの詳細>
次に、本発明により得られるCFRPについて更に詳述する。
<Details of CFRP obtained by the present invention>
Next, the CFRP obtained by the present invention will be described in further detail.

<本発明により得られるCFRPの特徴>
本発明により得られるCFRP(1000)の一例の断面図を図3に示す。ここでは、本発明のプリプレグの積層体のうち、3層積層した部分(100、200、300)を示している。
<Characteristics of CFRP obtained by the present invention>
A cross-sectional view of an example of CFRP (1000) obtained by the present invention is shown in FIG. Here, a portion (100, 200, 300) in which three layers are laminated in the prepreg laminate of the present invention is shown.

この例では、ある1つのプリプレグ由来の層がレイヤーとなる。なお、本発明のプリプレグ由来のレイヤーを「特定のレイヤー」と呼ぶ。一般に、CFRPはCFが一方向に配列されたCFシートを多方向に積層することにより、力学特性の異方性を設計する。このため、100、200、300のそれぞれの中ではCFの繊維配向角度は同一であるが、100と200、300の繊維配向角度は90°異なっている。 In this example, a layer derived from one prepreg is a layer. A layer derived from the prepreg of the present invention is called a "specific layer". In general, CFRP is designed to have anisotropic mechanical properties by laminating CF sheets in which CF is arranged in one direction in multiple directions. Therefore, although the fiber orientation angle of CF is the same in each of 100, 200 and 300, the fiber orientation angles of 100 and 200 and 300 differ by 90°.

以下、特定のレイヤーであるレイヤー100を例にとり、その特徴を説明する。CFRP1000では、レイヤー100と繊維配向角度の異なるレイヤー200、レイヤー300が、それぞれレイヤー100の上側、下側に隣接している(以下、隣接レイヤーということがある)。レイヤー100と、レイヤー200およびレイヤー300との間には、それぞれレイヤー間樹脂層20、30が存在する。それぞれのレイヤー間樹脂層の厚みは、T20、T30とする。ただし、条件によっては、レイヤー間樹脂層20、30が存在しない場合もあり得る。レイヤー100には、レイヤーの両側最外部にCFサブレイヤー由来の高Vcfサブレイヤーが形成され、これらの間に樹脂サブレイヤー由来の低Vcfサブレイヤー110が形成される。低Vcfサブレイヤーは本発明のプリプレグの樹脂サブレイヤー由来であるので、実質的にCFを含まないレイヤーであるが、成形中に上下からCFが侵入する可能性もゼロではないので、CFRPについて説明する時は低Vcfサブレイヤーという言葉を用いる。また、プリプレグにおけるCFサブレイヤー由来の領域はCFRPでは高Vcfサブレイヤーと称する。プリプレグの樹脂サブレイヤーにCFを含有しない場合には、低Vcfサブレイヤー中の平均Vcfは20%以下とできる。ただし、後述するように、CFRP中での低Vcfサブレイヤーの境界の定義によれば、高Vcfサブレイヤー/低Vcfサブレイヤーの境界領域では、Vcfが比較的高い場合もある。CFRP中で低Vcfサブレイヤーが存在することで、CFRP全体のマトリックス樹脂含有率を維持したまま高Vcfサブレイヤー150、160のVcfを十分高くし導電性を向上することができる。低Vcfサブレイヤーは、「低Vcf」と呼称するものの、そのVcfは実質的にほぼゼロであることから、プリプレグの樹脂サブレイヤー中にCFの他の導電物質(導電粒子等)を含まない場合は、ほぼ絶縁層となる。本発明により得られるCFRP(これは、つまり、本発明のプリプレグ積層体を成形して成る本発明の炭素繊維強化複合材料のこと)では、導電性を向上させるために、特定のレイヤーと少なくともひとつの隣接レイヤーとの間の樹脂部分の厚み(本実施形態ではレイヤー間樹脂層厚みT20、T30)の少なくとも一方は、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下(更に好ましくは2μm以下)となるようにプリプレグが設計されることが好ましい。これにより、隣接レイヤーとの間の導電性を向上させ、エッジグローリスクを低減できる。このため、T20、T30の両方が薄くなるようにプリプレグを設計することがさらに好ましい。レイヤー間樹脂層厚みが0μmでもよい。 The features of the layer 100, which is a specific layer, will be described below as an example. In the CFRP 1000, layers 200 and 300 having different fiber orientation angles from the layer 100 are adjacent to the upper side and the lower side of the layer 100 (hereinafter sometimes referred to as adjacent layers). Between layer 100 and layers 200 and 300 are inter-layer resin layers 20 and 30, respectively. The thickness of each inter-layer resin layer is T20 and T30. However, depending on conditions, the inter-layer resin layers 20 and 30 may not exist. Layer 100 is formed with high Vcf sublayers derived from CF sublayers on both outermost sides of the layer, and low Vcf sublayers 110 derived from resin sublayers formed therebetween. Since the low Vcf sublayer is derived from the resin sublayer of the prepreg of the present invention, it is a layer that does not substantially contain CF, but the possibility of CF entering from above and below during molding is not zero, so CFRP will be explained When we do, we use the term low Vcf sublayer. Also, a region derived from the CF sublayer in the prepreg is called a high Vcf sublayer in CFRP. If the resin sublayer of the prepreg does not contain CF, the average Vcf in the low Vcf sublayer can be 20% or less. However, according to the definition of the low Vcf sublayer boundary in CFRP, Vcf may be relatively high in the high Vcf sublayer/low Vcf sublayer boundary region, as described below. The presence of the low Vcf sublayers in the CFRP allows the Vcf of the high Vcf sublayers 150, 160 to be sufficiently high to improve conductivity while maintaining the matrix resin content of the entire CFRP. Although the low Vcf sublayer is called "low Vcf", its Vcf is substantially almost zero, so if the resin sublayer of the prepreg does not contain other conductive materials (such as conductive particles) of CF is almost an insulating layer. In the CFRP obtained by the present invention (that is, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention formed by molding the prepreg laminate of the present invention), a specific layer and at least one At least one of the thicknesses of the resin portions between adjacent layers (interlayer resin layer thicknesses T20 and T30 in this embodiment) is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less (further preferably 2 μm or less). The prepreg is preferably designed for This improves the conductivity between adjacent layers and reduces the risk of edge glow. Therefore, it is more preferable to design the prepreg so that both T20 and T30 are thin. The thickness of the resin layer between layers may be 0 μm.

一般に、CFRPの導電性向上のためには、Vcfの向上が有効であるが、通常、CFRP全体のVcfを高めた場合、Rcが低下するためCFシートへのマトリックス樹脂の含浸が不十分となり、CFRP中にボイドが発生しやすくなる問題がある。一方、特定のレイヤーであるレイヤー100においては、プリプレグの樹脂サブレイヤー由来の低Vcf領域が存在するため、レイヤーのVcfの平均値が過度に高くなることを抑えつつ、隣接するレイヤー(200、300)近傍のVcfのみを局所的に高めることができる。隣接レイヤー近傍が高Vcfであれば、レイヤー100のCFと、隣接レイヤーのCFとが接触しやすくなり、レイヤー間の導電性を大きく向上できる。このため、レイヤー100の厚み(T100)に対する、低Vcfサブレイヤーの厚み(T110)の割合は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上となるようプリプレグ中の樹脂サブレイヤー厚みが設計される。ここで、レイヤー100の厚みT100は、その下側のレイヤー間樹脂層30の厚さ方向の中央の点から、その上側のレイヤー間樹脂層20の厚さ方向の中央の点までの距離として定義する。上記低Vcfサブレイヤーのレイヤーに占める厚みの割合は、大きすぎると、力学特性が場所により不均一となってしまうため、好ましくは30%以下となるようにプリプレグ中の樹脂サブレイヤー厚みが設計される。 In general, to improve the conductivity of CFRP, it is effective to improve Vcf. However, when the Vcf of the entire CFRP is increased, Rc is lowered, resulting in insufficient impregnation of the CF sheet with the matrix resin. There is a problem that voids are likely to occur in CFRP. On the other hand, in the layer 100, which is a specific layer, there is a low Vcf region derived from the resin sublayer of the prepreg. ) Only the nearby Vcf can be boosted locally. A high Vcf in the vicinity of the adjacent layer facilitates contact between the CF of the layer 100 and the CF of the adjacent layer, thereby greatly improving the conductivity between the layers. Therefore, the thickness of the resin sublayer in the prepreg is designed such that the ratio of the thickness (T110) of the low-Vcf sublayer to the thickness (T100) of the layer 100 is preferably 5% or more, more preferably 10% or more. be. Here, the thickness T100 of the layer 100 is defined as the distance from the center point in the thickness direction of the lower inter-layer resin layer 30 to the center point in the thickness direction of the upper inter-layer resin layer 20. do. If the ratio of the thickness of the low-Vcf sublayer to the layer is too large, the mechanical properties become uneven depending on the location. be.

<本発明により得られるCFRPの一実施形態の詳細>
本発明により得られるCFRPについて、図4を用いてさらに詳細に説明する。図4に示すCFRPは、本発明により得られるCFRPの形態の1つであり、特定のレイヤーであるレイヤーL1と、通常のレイヤーL2、L3の一部分が含まれる。L2とL3では、L1とCFの繊維配向角度が異なる。CFRPでは、CF断面形状の違いから、各CFがどのレイヤーに属するかを判断できる。通常、CF断面形状は楕円形で観察されるが、楕円の長軸の長さが略同一で、厚さ方向に連続している領域を、1つのレイヤーであると判断する。また、プリプレグを積層した段階で、厚さ方向に連続している領域におけるCFの配向角度が同一であることが理解されれば、1つのレイヤーとしてよい。紙面右向きをX軸正方向、紙面上向きをZ軸正方向とし、Z軸の原点Oは、断面写真の下端部に設定している。
<Details of one embodiment of CFRP obtained by the present invention>
CFRP obtained by the present invention will be described in more detail with reference to FIG. The CFRP shown in FIG. 4 is one of the forms of CFRP obtained by the present invention, and includes a specific layer, layer L1, and portions of ordinary layers L2 and L3. The fiber orientation angles of L1 and CF are different between L2 and L3. In CFRP, it is possible to determine which layer each CF belongs to from the difference in CF cross-sectional shape. The cross-sectional shape of the CF is generally observed to be elliptical. A region in which the length of the long axis of the ellipse is substantially the same and which is continuous in the thickness direction is determined to be one layer. Further, if it is understood that the orientation angles of the CF are the same in the continuous regions in the thickness direction at the stage of laminating the prepregs, the prepregs may be formed as one layer. The positive direction of the X-axis is defined as the rightward direction on the paper surface, and the positive direction of the Z-axis is defined as the upward direction on the paper surface.

CFRP断面観察用の写真は例えば以下のような方法で得ることができる。まず、CFRPパネルから、約20mm四方のサンプルをカットする。次に、これをエポキシ樹脂で包埋・硬化後、エッジ部分を研磨する。その後、この研磨面をキーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-5000で観察する。観察倍率は適宜選択すれば良いが、500倍程度が見易い場合が多い。また、観察用サンプルは、目的に応じた方向でカットすれば良いが、CFRPパネルの最表層レイヤーの繊維方向を0°方向としたとき、30°、120°方向に沿ってカットすると、全ての方向を観察し易い。 A photograph for CFRP cross-sectional observation can be obtained, for example, by the following method. First, a sample of about 20 mm square is cut from the CFRP panel. Next, after embedding and curing this with epoxy resin, the edge portion is polished. After that, the polished surface is observed with a digital microscope VHX-5000 manufactured by Keyence Corporation. The observation magnification may be appropriately selected, but in many cases, it is easy to see at about 500 times. In addition, the observation sample may be cut in a direction according to the purpose. Easy to observe direction.

本発明では、特定のレイヤーL1における隣接レイヤーL2、L3との境界と、低Vcfサブレイヤー、高Vcfサブレイヤーは、VcfのZ方向分布から判断する。VcfのZ方向分布は以下のようにして求めることができる。まず、画像解析ソフトを用いて図4を2値化し、CF(黒)とマトリックス樹脂(白)を判別する(図5)。このとき、図4で示す画像は、1ピクセルの一辺の長さが0.3μm以下となる解像度とし、X軸方向には500μm以上の範囲とすることが必要である。画像解析ソフトは、例えばImageJ(開発元:Wayne Rasband、National Institutes of Health)などを用いることができる。Vcfは、CFを表す黒色部の面積割合から算出することができる。Z方向に1ピクセル分の長さ(ここでは0.2μm)、X方向に画像内X軸全域長(W1)の矩形領域(ここでは590μm)を評価領域として、Vcfを算出する。Z軸の原点から、Z軸方向へ1ピクセル分の長さである0.2μmの長さ毎に、前記評価領域のVcfを算出することで、VcfのZ方向分布を得ることができる。図5から得られたVcfのZ方向分布を、図6に示す。 In the present invention, the boundary between adjacent layers L2 and L3 in a particular layer L1, the low Vcf sublayer and the high Vcf sublayer are determined from the Z-direction distribution of Vcf. The Z-direction distribution of Vcf can be obtained as follows. First, image analysis software is used to binarize FIG. 4 to discriminate between CF (black) and matrix resin (white) (FIG. 5). At this time, the image shown in FIG. 4 must have a resolution such that the length of one side of one pixel is 0.3 μm or less, and the range in the X-axis direction must be 500 μm or more. For image analysis software, for example, ImageJ (developer: Wayne Rasband, National Institutes of Health) or the like can be used. Vcf can be calculated from the area ratio of the black portion representing CF. Vcf is calculated using a rectangular area (here, 590 μm) with a length of one pixel in the Z direction (here, 0.2 μm) and a whole X-axis length (W1) in the image in the X direction as an evaluation area. The Vcf distribution in the Z direction can be obtained by calculating the Vcf of the evaluation region for each 0.2 μm length, which is the length of one pixel in the Z-axis direction, from the origin of the Z-axis. The Z-direction distribution of Vcf obtained from FIG. 5 is shown in FIG.

次に、特定のレイヤーL1のみを抽出するために、隣接レイヤーとの境界のZ座標(図5におけるZ2、Z3)を決定する。まず、図6に示すVcfのZ方向分布から、Vcfのメジアンを算出する。この値は図6のA1に対応し、断面写真に含まれる特定のレイヤーL1と、レイヤーL2、L3を含めたVcfの代表値とする。ここでVcfの代表値として平均値を採用しないのは、平均値とした場合には、断面写真のZ方向観察領域の範囲に依存して、Vcfの代表値が変化しやすいためである。Vcfの代表値(図6のA1)を0.5倍した値を、隣接レイヤーとの間の、レイヤー間樹脂層を定義するための閾値とする。この閾値は、図6のB1に対応する。隣接レイヤーとの境界近傍において、Vcfが閾値B1以下の部分を、レイヤー間樹脂層と定義する。図6上の図においてはI1で示す部分のみが該当し、I1はレイヤーL1とL3の、レイヤー間樹脂層と見なす。レイヤー間樹脂層厚みは、レイヤー間樹脂層に該当する部分のZ座標の長さとして定義する。図6左下の図においては、T30がレイヤー間樹脂層厚みに対応する。隣接レイヤーとの境界のZ座標は、レイヤー間樹脂層に該当する部分のZ座標の、中央の値として定義する。図6においては、Z3がレイヤーL1とL3の境界のZ座標に対応する。一方、レイヤーL1とL2の境界近傍では、Vcfが閾値B1以下の部分が存在しないため、レイヤー間樹脂層は存在しないと見なし、その厚さは0である。この場合、隣接レイヤーとの境界のZ座標は、隣接レイヤーとの境界近傍において、Vcfの最小値を示す地点のZ座標として定義する。図6右下の図においては、Z2がレイヤーL1とL2の境界のZ座標であり、これはレイヤーL1とL2の境界近傍でVcfの最小値を示す地点J1のZ座標である。特定のレイヤーL1のZ方向の領域は、隣接レイヤーとの境界のZ座標であるZ3からZ2までの範囲となる。 Next, in order to extract only a specific layer L1, the Z coordinates (Z2, Z3 in FIG. 5) of the boundary with adjacent layers are determined. First, the median of Vcf is calculated from the Z-direction distribution of Vcf shown in FIG. This value corresponds to A1 in FIG. 6 and is a representative value of Vcf including a specific layer L1 included in the cross-sectional photograph and layers L2 and L3. The reason why the average value is not used as the representative value of Vcf is that if the average value is used, the representative value of Vcf tends to change depending on the range of the Z-direction observation area of the cross-sectional photograph. A value obtained by multiplying the representative value of Vcf (A1 in FIG. 6) by 0.5 is used as a threshold for defining an inter-layer resin layer between adjacent layers. This threshold corresponds to B1 in FIG. In the vicinity of the boundary with the adjacent layer, a portion where Vcf is equal to or less than the threshold value B1 is defined as an inter-layer resin layer. In the upper diagram of FIG. 6, only the portion indicated by I1 corresponds, and I1 is regarded as an inter-layer resin layer between layers L1 and L3. The inter-layer resin layer thickness is defined as the length of the Z-coordinate of the portion corresponding to the inter-layer resin layer. In the lower left diagram of FIG. 6, T30 corresponds to the thickness of the inter-layer resin layer. The Z-coordinate of the boundary with the adjacent layer is defined as the central value of the Z-coordinate of the portion corresponding to the inter-layer resin layer. In FIG. 6, Z3 corresponds to the Z coordinate of the boundary between layers L1 and L3. On the other hand, in the vicinity of the boundary between the layers L1 and L2, there is no portion where Vcf is equal to or less than the threshold value B1. In this case, the Z-coordinate of the boundary with the adjacent layer is defined as the Z-coordinate of the point showing the minimum value of Vcf in the vicinity of the boundary with the adjacent layer. In the lower right diagram of FIG. 6, Z2 is the Z coordinate of the boundary between layers L1 and L2, which is the Z coordinate of point J1 showing the minimum value of Vcf near the boundary between layers L1 and L2. The Z-direction area of the specific layer L1 is the range from Z3 to Z2, which is the Z-coordinate of the boundary with the adjacent layer.

次に、特定のレイヤーL1のみに着目し、図5に示すように、Z3を原点O’とした、Z軸に平行なZ’軸を新たに定義する。図7は、特定のレイヤーL1における、VcfのZ’方向分布を示す。特定のレイヤーL1の厚みT100は、Z2からZ3を差し引いた値で、Z’座標の最大値として定義する。レイヤーL1のVcfの平均値は、VcfのZ’方向分布の平均値で定義する。この値は、図7のC1に対応する。C1の0.5倍の値を、低Vcfサブレイヤーを定義するための閾値とする。この閾値は、図7のD1に対応する。レイヤーの上端部および下端部のレイヤー間樹脂層を除いて、VcfがD1より小さい部分を、低Vcfサブレイヤーと定義する。これは、図7のK1の部分に対応する。低Vcfサブレイヤーの厚み、Vcfの平均値は、VcfがD1より小さい部分の厚み、Vcfの平均値で定義する。反対に、VcfがD1以上の部分を、高Vcfサブレイヤーと定義する。高VcfサブレイヤーのVcfの平均値は、VcfがD1以上の部分のVcfの平均値で定義する。 Next, focusing only on a specific layer L1, as shown in FIG. 5, a Z'-axis parallel to the Z-axis is newly defined with Z3 as the origin O'. FIG. 7 shows the Z' distribution of Vcf in a particular layer L1. The thickness T100 of a particular layer L1 is defined as the maximum value of the Z' coordinate, which is Z2 minus Z3. The average value of Vcf in layer L1 is defined by the average value of the Z' direction distribution of Vcf. This value corresponds to C1 in FIG. A value of 0.5 times C1 is taken as the threshold for defining the low Vcf sublayer. This threshold corresponds to D1 in FIG. A low Vcf sublayer is defined as a portion where Vcf is less than D1, except for the inter-layer resin layer at the top and bottom of the layer. This corresponds to the portion K1 in FIG. The average value of Vcf, the thickness of the low Vcf sublayer, is defined by the average value of Vcf, the thickness of the portion where Vcf is less than D1. Conversely, the portion where Vcf is greater than or equal to D1 is defined as the high Vcf sublayer. The average value of Vcf in the high Vcf sublayer is defined as the average value of Vcf in the portion where Vcf is greater than or equal to D1.

レイヤーL1は、CFRP全体のVcfの平均値が50%以上となり、低Vcfサブレイヤーの両側に高Vcfサブレイヤーが配置され、さらに高VcfサブレイヤーのVcfの平均値はCFRP全体のVcfの平均値より高くなる。 In layer L1, the average Vcf of the entire CFRP is 50% or more, the high Vcf sublayer is arranged on both sides of the low Vcf sublayer, and the average Vcf of the high Vcf sublayer is the average Vcf of the entire CFRP. get higher.

<エッジグローの抑制効果>
レイヤー間の導電性が高ければ、レイヤー間での電流の流出入が容易となる。この場合、CFRPに雷電流が流入した際にも、複数のレイヤーを電流経路として活用しやすくなるため、雷電流の局所集中を防ぎ、電流を分散させやすい。電流を複数のレイヤーに分散できれば、雷電流の流入部、流出部の間の電気抵抗が低下し、電位差が小さくなる。電流の流入部、流出部の間の電位差が小さくなれば、CFRP内で生じる電位差も全体的に小さくなることから、隣接レイヤー間の電位差も小さくなる。隣接レイヤー間の電位差が小さくなることで、エッジグロー抑制効果が得られる。レイヤー間の電位差をさらに深く理解するために、CFRP中の電流の流れ方を以下に説明する。
<Effect of suppressing edge glow>
High conductivity between layers facilitates the flow of current in and out of the layers. In this case, even when a lightning current flows into the CFRP, it becomes easier to utilize a plurality of layers as a current path, so local concentration of the lightning current can be prevented and the current can be easily dispersed. If the current can be distributed over multiple layers, the electrical resistance between the inflow and outflow of the lightning current will decrease, and the potential difference will decrease. If the potential difference between the current inflow portion and the current outflow portion is reduced, the potential difference generated in the CFRP as a whole is also reduced, so that the potential difference between adjacent layers is also reduced. The effect of suppressing edge glow is obtained by reducing the potential difference between adjacent layers. To better understand the potential difference between layers, the following describes how current flows in CFRP.

航空機構造の代表例として、I.Revelらの文献(International Conference on Lightnin Protection 2016、講演論文、2016年)の図3に示されるような、2本の金属ボルトが挿入された、多方向積層のCFRP構造を考える。エッジグローが発生しやすい状況として、片側のボルトに雷が着雷して雷電流が流入し、CFRP構造内を雷電流が流れ、もう一方のボルトから雷電流が流出するような状況を考える。 As a representative example of an aircraft structure, I. Consider a multi-directional laminated CFRP structure with two metal bolts inserted as shown in FIG. 3 of Revel et al. As a situation in which edge glow is likely to occur, consider a situation in which lightning strikes a bolt on one side, causing an inflow of lightning current, a lightning current flowing through the CFRP structure, and an outflow of lightning current from the other bolt.

CFRPは、導電率に強い異方性を有するため、各レイヤー内では、電流は主にCF方向のみに流れやすい。2本のボルト間をCFが直接接続しているレイヤーでは、電流はボルト間を結ぶCFに集中する。繊維方向の導電率は比較的高いため、この場合は2本のボルト間の電気抵抗は低くなり、ボルト間の電位差は小さくなる。一方、2本のボルト間をCFが直接接続していないレイヤーでは、ボルトに接続したCFに沿って電流が広がった後、レイヤー内で直交方向に電流が流れる必要がある。直交方向の導電率は、繊維方向の導電率と比べて一般的に1,000倍程度小さいため、この場合は2本のボルト間の電気抵抗は高くなり、ボルト間の電位差は大きくなる。 Since CFRP has strong anisotropy in conductivity, current tends to flow mainly only in the CF direction within each layer. In the layer where the CF directly connects two bolts, the current concentrates in the CF connecting the bolts. Since the conductivity in the fiber direction is relatively high, in this case the electrical resistance between the two bolts is low and the potential difference between the bolts is small. On the other hand, in layers where the CF does not connect directly between two bolts, the current must flow in the orthogonal direction within the layer after spreading along the CF connected to the bolt. Since the conductivity in the orthogonal direction is generally about 1,000 times smaller than the conductivity in the fiber direction, in this case the electrical resistance between the two bolts is high and the potential difference between the bolts is large.

繊維配向角度が異なるレイヤーを含むCFRPの場合、それぞれのレイヤーでは、ボルトに接続したCFに沿って電流が広がる。CFに沿って広がった電流は、それぞれのレイヤー内でCFとの直交方向に流れることもできるが、繊維配向角度の異なる隣接レイヤーに流れこみ、隣接レイヤーのCFを利用して流れることもできる。それぞれのレイヤーの中で、導電率の低い直交方向に長い距離流れるよりも、繊維配向角度の異なる隣接レイヤーまで短い距離を流れた後、隣接レイヤーの、導電率の高い繊維方向に長い距離流れる方が、ボルト間の電気抵抗は小さくなる。電流経路は、ボルト間の電気抵抗を最小にするように決定されるため、繊維配向角度の異なる複数のレイヤーを有するCFRPでは、当該レイヤー間で電流が行き来する電流経路となる。 For CFRPs containing layers with different fiber orientation angles, each layer spreads the current along the CF connected to the bolt. The current spread along the CF can flow in the direction perpendicular to the CF within each layer, or it can flow into adjacent layers with different fiber orientation angles and utilize the CF of the adjacent layers. Within each layer, flow a short distance to an adjacent layer with a different fiber orientation angle, then flow a long distance in the direction of the high-conductivity fibers of the adjacent layer, rather than a long distance in the orthogonal direction of low conductivity. However, the electrical resistance between the bolts becomes smaller. Since the current path is determined so as to minimize the electrical resistance between bolts, in CFRP having a plurality of layers with different fiber orientation angles, current flows between the layers.

当該レイヤー間で電流が行き来する場合、当該レイヤー間の導電性が、レイヤー間の電位差を決定づける。レイヤー間の導電率が高ければ、隣接レイヤー間で電位差が大きくならずとも、隣接レイヤーとの電流の行き来が容易となる。この場合、2本のボルト間の電気抵抗は小さくなり、電位差が小さくなる。 The conductivity between the layers determines the potential difference between the layers when current flows between the layers. If the conductivity between layers is high, current can flow easily between adjacent layers even if the potential difference between adjacent layers is not large. In this case, the electrical resistance between the two bolts becomes small and the potential difference becomes small.

以上のことから、複数のレイヤーを含むCFRPの場合には、隣接レイヤー間の導電性を向上させることにより、雷電流のような大電流が流れても、2本のボルト間の電位差の上昇を抑制することができ、CFRPに印加される電圧、特に隣接レイヤー間での電位差の低減が可能となる。これにより、エッジグローの発生リスクを低減可能である。 From the above, in the case of CFRP including multiple layers, by improving the conductivity between adjacent layers, even if a large current such as a lightning current flows, the increase in the potential difference between the two bolts can be suppressed. It is possible to reduce the voltage applied to the CFRP, particularly the potential difference between adjacent layers. Thereby, the risk of occurrence of edge glow can be reduced.

<誘導加熱温度の向上効果>
隣接するレイヤー間の導電性が高いことは、エッジグロー抑制以外にも望ましい効果が得られる。例えば、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂としたCFRPで用いられる、誘導溶接に有利である。誘導溶接技術は、CFRPからなる航空機構造を対象として一部実用化されている。誘導溶接は、誘導加熱によりCFRPの熱可塑性樹脂を融解させ、別途加圧することで接合する技術である。誘導加熱とは、CFRPの外側に設置したコイルに交流電流を流すことで、CFRP内に誘導電流を発生させ、誘導電流によるジュール発熱で加熱するものである。誘導溶接においては、少ないインプットエネルギーで誘導加熱温度を高めることが望まれる。
<Effect of improving induction heating temperature>
High conductivity between adjacent layers has desirable effects other than edge glow suppression. For example, it is advantageous for induction welding used in CFRP with a thermoplastic resin as the matrix resin. Induction welding technology has been partially put into practical use for aircraft structures made of CFRP. Induction welding is a technique of joining by melting the thermoplastic resin of CFRP by induction heating and applying pressure separately. Induction heating is to generate an induced current in the CFRP by passing an alternating current through a coil installed outside the CFRP, and heat the CFRP by Joule heat generated by the induced current. In induction welding, it is desired to raise the induction heating temperature with less input energy.

誘導加熱温度を高めるためには、誘導電流によるジュール発熱を向上させることが重要であることから、CFRP内に発生する誘導電流の量を増やすことが有効である。X.Xuらの文献(Journal of NDT and E International、Vol. 94、p.79-91、2018年)では、繊維配向角度の異なるレイヤー間の導電性を高めることで、CFRP内に発生する誘導電流量が増加することを数値解析で示している。すなわち、本発明のCFRPでは、誘導電流が多く発生し、誘導加熱温度が高くなりやすく、誘導溶接においても望ましい効果が得られる。 In order to raise the induction heating temperature, it is important to improve the Joule heat generated by the induced current, so it is effective to increase the amount of the induced current generated in the CFRP. X. In Xu et al. (Journal of NDT and E International, Vol. 94, p.79-91, 2018), by increasing the conductivity between layers with different fiber orientation angles, the amount of induced current generated in CFRP Numerical analysis shows that That is, in the CFRP of the present invention, a large amount of induced current is generated, the induction heating temperature tends to be high, and desirable effects can be obtained even in induction welding.

CFRP内に発生する誘導電流量の比較は、渦流探傷試験により可能である。渦流探傷試験は一般的に、CFRP内に発生する誘導電流の評価を通して、CFRP内のクラックなどを検出する試験である。渦流探傷試験では、CFRP近傍にコイルを設置し、コイルのインピーダンス変化から、誘導電流により発生する磁場を評価する。K.Mizukamiらの文献(Journal of Polymer Testing、Vol. 69、p. 320-324、2018年)によると、コイルの直列抵抗成分の変化から、誘導電流により発生する磁場を評価している。磁場の変化が大きい、すなわち誘導電流の量が多い方が、コイルの直列抵抗成分が大きくなることが示されている。 A comparison of the amount of induced current generated in CFRP is possible by eddy current testing. Eddy current testing is generally a test for detecting cracks and the like in CFRP through evaluation of induced current generated in CFRP. In the eddy current testing, a coil is installed near the CFRP, and the magnetic field generated by the induced current is evaluated from the impedance change of the coil. K. According to Mizukami et al. (Journal of Polymer Testing, Vol. 69, p. 320-324, 2018), the magnetic field generated by the induced current is evaluated from changes in the series resistance component of the coil. It is shown that the greater the change in the magnetic field, that is, the greater the amount of induced current, the greater the series resistance component of the coil.

<本発明により得られるCFRPの別の例>
本発明により得られるCFRPにおいて、特定のレイヤーとしての条件を満たすレイヤーは、CFRPの上面または下面からレイヤー数を数えて、2番目以内に配置されることが好ましい。この場合、例えば、誘導溶接において、溶接面となるCFRP表面近傍に誘導電流を集中的に増やすことができ、効率的に加熱することが可能となる。かかる形態をとる図8に示すCFRP1001においては、特定のレイヤー101が、CFRP1001の上面からレイヤー数を数えると2番目に配置されており、上面を溶接面とした際に、上面近傍を効率的に誘導加熱することが可能である。特定のレイヤー101以外のレイヤーは、特定のレイヤーの条件を満たすものであっても良いし、通常のレイヤーであっても良い。
<Another example of CFRP obtained by the present invention>
In the CFRP obtained by the present invention, it is preferable that the layer that satisfies the conditions as a specific layer is arranged within the second layer counted from the upper surface or the lower surface of the CFRP. In this case, for example, in induction welding, the induced current can be increased intensively in the vicinity of the CFRP surface, which serves as the welding surface, and heating can be efficiently performed. In the CFRP 1001 shown in FIG. 8 that takes such a form, the specific layer 101 is arranged second when counting the number of layers from the upper surface of the CFRP 1001, and when the upper surface is the welding surface, the vicinity of the upper surface can be efficiently Induction heating is possible. Layers other than the specific layer 101 may satisfy the conditions of the specific layer, or may be normal layers.

また、特定のレイヤーが、2層以上連続して積層された形態が好ましい。特定のレイヤー間においてこれらが隣接する部分の導電性が大きく向上し、エッジグローの抑制、または誘導加熱温度の向上の効果がさらに高まる。エッジグローの抑制、誘導加熱温度の向上という観点だけであれば、全レイヤーが特定のレイヤーであることも好ましい。 Moreover, the form in which two or more specific layers are continuously laminated is preferable. The conductivity of the portion where these are adjacent between the specific layers is greatly improved, and the effect of suppressing the edge glow or improving the induction heating temperature is further enhanced. It is also preferable that all layers are specific layers only from the viewpoint of suppressing edge glow and improving induction heating temperature.

また、別の形態を図9に示す。繊維方向が同一のレイヤー102において、低Vcfサブレイヤー112、122が、高Vcfサブレイヤー152、162、172に挟まれて存在している。このように、低Vcfサブレイヤーが複数存在していても、レイヤーの両側最外部に高Vcfサブレイヤーが配置していればよい。この場合、レイヤー102において、両側最外部に存在する高Vcfサブレイヤー152、172のVcfの平均値が、厚さ方向内部に存在する高Vcfサブレイヤー162のVcfの平均値よりも高いことが好ましい。なお、本態様を含め、全ての態様において、特定のレイヤー内に低Vcfサブレイヤーが複数存在する場合、低Vcfサブレイヤーの特性は、レイヤー内に存在する全ての低Vcfサブレイヤーを連結させたものとして定義する。すなわち、図9で説明すると、低Vcfサブレイヤーの厚みは、低Vcfサブレイヤー112の厚みT112と、低Vcfサブレイヤー122の厚みT122の和で定義する。また、低VcfサブレイヤーのVcfの平均値は、低Vcfサブレイヤー112と低Vcfサブレイヤー122を連結させたもののVcfの平均値となる。このようなCFRPは、レイヤー102の形態のように、CFサブレイヤー3層で2層の樹脂サブレイヤーの両側を挟むサンドイッチ構造のプリプレグを用いることで得ることができる。 Another form is shown in FIG. In the layer 102 with the same fiber direction, there are low Vcf sublayers 112,122 sandwiched between high Vcf sublayers 152,162,172. Thus, even if there are a plurality of low Vcf sublayers, it is sufficient that the high Vcf sublayers are arranged at the outermost sides of the layer. In this case, in the layer 102, it is preferable that the average Vcf of the high Vcf sublayers 152 and 172 existing on both sides is higher than the average Vcf of the high Vcf sublayer 162 existing inside in the thickness direction. . In addition, in all aspects including this aspect, when a plurality of low Vcf sublayers exist in a specific layer, the characteristic of the low Vcf sublayer is that all the low Vcf sublayers existing in the layer are connected. defined as 9, the thickness of the low Vcf sublayer is defined as the sum of the thickness T112 of the low Vcf sublayer 112 and the thickness T122 of the low Vcf sublayer 122. FIG. Also, the average Vcf of the low Vcf sublayer is the average Vcf of the concatenated low Vcf sublayer 112 and low Vcf sublayer 122 . Such a CFRP can be obtained by using a prepreg having a sandwich structure in which two resin sublayers are sandwiched between three CF sublayers, as in the form of the layer 102 .

<従来技術のCFRPの形態の例>
図10は、従来技術に係る通常の(非層間強化型の)CFRPの一形態を示す断面図であるが、繊維配向角度が同一のレイヤー103において、Vcfが場所によらずほぼ均一であり、レイヤーの両側最外層に高Vcfサブレイヤーが配され、その間に低Vcfサブレイヤーが存在する構造ではない。レイヤーの総厚み、レイヤーのVcfの平均値が同じであるならば、図10に示す従来技術よりも、本発明のプリプレグを用いたCFRP(図3、9参照)の方が、繊維配向角度の異なるレイヤー間近傍のVcfは高くなり、繊維配向角度の異なるレイヤー間の導電性を向上させることができる。
<Example of conventional CFRP form>
FIG. 10 is a cross-sectional view showing one form of ordinary (non-interlayer reinforced) CFRP according to the prior art. It is not a structure in which high Vcf sublayers are arranged in the outermost layers on both sides of the layer and low Vcf sublayers are present therebetween. If the total thickness of the layers and the average Vcf of the layers are the same, the CFRP using the prepreg of the present invention (see FIGS. 3 and 9) has a higher fiber orientation angle than the conventional technology shown in FIG. The Vcf near different layers can be higher and the conductivity between layers with different fiber orientation angles can be improved.

図11は、従来技術に係る層間強化型のCFRPの一形態を示す断面図である。図11に示すCFRPでは、繊維配向角度が同一のレイヤー104において、レイヤーの両側最外層に高Vcfサブレイヤーが配され、その間に低Vcfサブレイヤーが存在する構造はなく、レイヤー間に厚いレイヤー間樹脂層24、34が存在する。かかるレイヤー間樹脂層24、34は主に、靭性向上のための樹脂リッチ層であり、熱可塑性樹脂粒子や繊維、不織布などを内部に含むことが多い。レイヤーの厚み、レイヤー間樹脂層の厚みおよびCFRP全体のVcfの平均値が同じであるならば、従来の層間強化型CFRPのレイヤーのVcfと、本発明の高VcfサブレイヤーのVcfはほぼ同程度となることがあり得るが、層間強化型CFRPでは、レイヤー間樹脂層24、34に一定以上の厚みが必要な場合が多く、そうすると、レイヤー間の導電性は、本発明のプリプレグを用いたCFRPの方が高くなる。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing one form of an interlayer reinforced CFRP according to the prior art. In the CFRP shown in FIG. 11, in the layer 104 with the same fiber orientation angle, high Vcf sublayers are arranged in the outermost layers on both sides of the layer, there is no structure in which a low Vcf sublayer exists in between, and there is no structure in which a low Vcf sublayer exists between layers. Resin layers 24, 34 are present. The inter-layer resin layers 24 and 34 are mainly resin-rich layers for improving toughness, and often contain thermoplastic resin particles, fibers, non-woven fabric, and the like. If the layer thickness, the thickness of the resin layer between layers, and the average value of Vcf of the entire CFRP are the same, the Vcf of the layer of the conventional interlayer reinforced CFRP and the Vcf of the high Vcf sublayer of the present invention are approximately the same. However, in the interlayer-reinforced CFRP, the interlayer resin layers 24 and 34 often need to have a certain thickness or more. is higher.

従来の層間強化型のCFRPの一形態について、図12にその断面写真を示しており、詳細に説明する。図12には、レイヤーL4,L5およびL6からなるCFRPのうち、レイヤーL4と、レイヤーL5、L6の一部分が示されている。図12を2値化すると、図13が得られる。図13を用いて、前述した方法と同様にVcfのZ方向分布を算出すると、図14に示すグラフが得られる。まずは、前述した方法と同様に、レイヤー間の境界を決定する。図14において、VcfのメジアンはA1’であり、これを断面写真に含まれるレイヤーL4、レイヤーL5およびL6の領域のVcfの代表値とする。A1’を0.5倍すると、レイヤー間樹脂層を定義するための閾値として、B1’が得られる。図14においては、レイヤー間の境界近傍で、B1’よりもVcfの低い部分である、I1’、J1’が存在する。I1’、J1’は、レイヤー間樹脂層として定義され、それぞれのレイヤー間樹脂層厚みT34、T24は、I1’、J1’に該当する部分のZ座標の長さで定義する。I1’、J1’に該当する部分のZ座標の中央の値は、それぞれレイヤーL4とL6、またはL4とL5の境界のZ座標であり、それぞれZ6、Z5となる。次に、レイヤーL4のみに着目し、図13に示すZ’軸を新たに設定すると、レイヤーL4におけるVcfのZ’軸方向分布は、図15のように得られる。レイヤーL4の厚みT104は、Z5からZ6を差し引いた値で、Z’座標の最大値として定義する。レイヤーL4のVcfの平均値は、VcfのZ’方向分布の平均値で定義され、図15のC1’に対応する。C1’の0.5倍の値は、低Vcfサブレイヤーを定義するための閾値で、D1’に対応する。レイヤーの上端部および下端部のレイヤー間樹脂層を除き、VcfがD1’より小さい部分は存在しないため、低Vcfサブレイヤーが存在しないと見なす。レイヤーL4は、CFRP全体のVcfの平均値は50%以上であっても、低Vcfサブレイヤーを挟んでレイヤー両側最外層に高Vcfサブレイヤーが配された構造ではないため、特定のレイヤーではなく、本発明のプリプレグを用いて得られるCFRPとは異なる。 FIG. 12 shows a photograph of a cross section of one form of conventional interlayer reinforced CFRP, and will be described in detail. FIG. 12 shows part of layer L4 and layers L5 and L6 of the CFRP consisting of layers L4, L5 and L6. By binarizing FIG. 12, FIG. 13 is obtained. When the Z-direction distribution of Vcf is calculated using FIG. 13 in the same manner as described above, the graph shown in FIG. 14 is obtained. First, the boundaries between layers are determined in the same manner as described above. In FIG. 14, the median of Vcf is A1', which is the representative value of Vcf in the regions of layers L4, L5 and L6 included in the cross-sectional photograph. Multiplying A1' by 0.5 gives B1' as the threshold for defining the inter-layer resin layer. In FIG. 14, near the boundary between layers, there are I1' and J1' where Vcf is lower than B1'. I1' and J1' are defined as inter-layer resin layers, and respective inter-layer resin layer thicknesses T34 and T24 are defined by the length of the Z coordinate of the portions corresponding to I1' and J1'. The central values of the Z coordinates of the portions corresponding to I1' and J1' are the Z coordinates of the boundaries of the layers L4 and L6, or the layers L4 and L5, respectively, and are Z6 and Z5, respectively. Next, focusing only on the layer L4 and newly setting the Z'-axis shown in FIG. 13, the Z'-axis direction distribution of Vcf in the layer L4 is obtained as shown in FIG. The thickness T104 of the layer L4 is defined as the maximum value of the Z' coordinate, which is the value obtained by subtracting Z6 from Z5. The average value of Vcf in layer L4 is defined by the average value of the Z' direction distribution of Vcf, and corresponds to C1' in FIG. A value of 0.5 times C1' is the threshold for defining the low Vcf sublayer and corresponds to D1'. Except for the inter-layer resin layer at the top and bottom of the layer, there is no part where Vcf is less than D1', so it is considered that there is no low Vcf sublayer. Layer L4 is not a specific layer because it does not have a structure in which high Vcf sublayers are arranged in the outermost layers on both sides of a low Vcf sublayer, even if the average Vcf of the entire CFRP is 50% or more. , CFRP obtained using the prepreg of the present invention.

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(物性)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。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. In addition, the unit "part" of a composition ratio means a mass part unless there is a comment in particular. In addition, measurements of various properties (physical properties) were performed under an environment of 23° C. temperature and 50% relative humidity unless otherwise noted.

<原材料>
(A)炭素繊維
フィラメント数24,000本、引張強度5.8GPa、引張弾性率280GPaで、[O/C]が0.10以下となるように電気処理した、平均繊維径7μmの炭素繊維を使用した。
<Raw materials>
(A) Carbon fibers with an average fiber diameter of 7 μm, which are electrically treated so that the number of carbon fiber filaments is 24,000, the tensile strength is 5.8 GPa, the tensile modulus is 280 GPa, and the [O/C] is 0.10 or less. used.

(B)熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、住友化学(株)製)
・“EPICLON(登録商標)”830(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、DIC(株)製)
・“TOREP(登録商標)”A-204E(N,N-ジグリシジル-p-フェノキシアニリン、東レ・ファインケミカル(株)製)。
(B) Thermosetting resin (epoxy resin)
・ “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
・"EPICLON (registered trademark)" 830 (bisphenol F type epoxy resin, manufactured by DIC Corporation)
- "TOREP (registered trademark)" A-204E (N,N-diglycidyl-p-phenoxyaniline, manufactured by Toray Fine Chemicals Co., Ltd.).

(C)硬化剤
・“セイカキュア-S(登録商標)”(4,4’-DDS、セイカ(株)製)。
(C) Curing agent "Seika Cure-S (registered trademark)"(4,4'-DDS, manufactured by Seika Co., Ltd.).

(D)熱可塑性樹脂
・“スミカエクセル(登録商標)”5003P(PES、住友化学(株)製)。
(D) Thermoplastic resin "Sumika Excel (registered trademark)" 5003P (PES, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).

(E)ポリマー粒子
・真球状ポリアミド6粒子(PA6、モード系15μm、真球度96%、製法は以下に記述)
国際公開第2018/207728号を参考に、3Lのヘリカルリボン型の撹拌翼が付属したオートクレーブに、ε-カプロラクタム(東レ(株)製)200g、第2成分のポリマーとしてポリエチレングリコール(和光純薬工業(株)製1級ポリエチレングリコール20,000、重量平均分子量18,600)800g、水1,000gを加え均一な溶液を形成後に密封し、窒素で置換した。その後、撹拌速度を100rpmに設定し、温度を240℃まで昇温させた。この際、系の圧力が0.98MPaに達した後、圧が0.98MPaを維持するよう水蒸気を微放圧させながら制御した。温度が240℃に達した後に、0.02MPa/分の速度で放圧させた。その後、窒素を流しながら1時間温度を維持し重合を完了させ、2,000gの水浴に吐出しスラリーを得た。溶解物を溶かした後に、濾過を行い、濾物に水2,000gを加え、80℃で洗浄を行った。その後200μmの篩を通過させた凝集物を除いたスラリー液を、再度濾過して単離した濾物を80℃で12時間乾燥させ、ポリアミド6粉末を140g作製した。得られた粉末の融点はポリアミド6と同様の218℃、結晶化温度は170℃であった。粒子径はレーザ回折・散乱法で測定し、マイクロトラック社製MT3300II(光源780nm-3mW、湿式セル(媒体:水))を用いて測定した。本ポリマー粒子は、エポキシ樹脂には不溶であり、本実施例の樹脂、樹脂組成物では、スペーサーとして機能する。また、本発明で言う不溶粒子となりえる。
(E) Polymer particles / spherical polyamide 6 particles (PA6, mode system 15 μm, sphericity 96%, manufacturing method described below)
With reference to International Publication No. 2018/207728, 200 g of ε-caprolactam (manufactured by Toray Industries, Inc.) and polyethylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as the second component polymer are added to an autoclave equipped with a 3 L helical ribbon stirring blade. 800 g of primary polyethylene glycol 20,000, weight average molecular weight 18,600, and 1,000 g of water were added to form a homogeneous solution, which was then sealed and purged with nitrogen. The stirring speed was then set to 100 rpm and the temperature was raised to 240°C. At this time, after the pressure of the system reached 0.98 MPa, the pressure was controlled while slightly releasing the steam so as to maintain the pressure at 0.98 MPa. After the temperature reached 240° C., the pressure was released at a rate of 0.02 MPa/min. Thereafter, the temperature was maintained for 1 hour while flowing nitrogen to complete the polymerization, and the mixture was discharged into a water bath of 2,000 g to obtain a slurry. After dissolving the dissolved material, filtration was performed, and 2,000 g of water was added to the filtrate and washed at 80°C. After that, the slurry was passed through a 200 μm sieve to remove agglomerates, filtered again, and the isolated filtrate was dried at 80° C. for 12 hours to prepare 140 g of polyamide 6 powder. The powder thus obtained had a melting point of 218° C., which is the same as that of polyamide 6, and a crystallization temperature of 170° C. The particle size was measured by a laser diffraction/scattering method using Microtrac MT3300II (light source 780 nm-3 mW, wet cell (medium: water)). The polymer particles are insoluble in the epoxy resin, and function as spacers in the resin and resin composition of this example. In addition, they can be the insoluble particles referred to in the present invention.

(F)導電粒子
・カーボン粒子:“ニカビーズ(登録商標)”ICB(平均粒子径(個数ベース):27μm、日本カーボン(株)製)
・ナノカーボン:導電性カーボンブラック#3230B(1次粒子の粒子径23nm(カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径)、三菱ケミカル(株)製)本粒子は、カーボン粒子(ICB)の作用を補助する導電助剤として用いた。
(F) Conductive particles/carbon particles: “Nikabeads (registered trademark)” ICB (average particle size (number base): 27 μm, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.)
・ Nanocarbon: conductive carbon black # 3230B (primary particle diameter 23 nm (arithmetic mean diameter obtained by observing carbon black particles with an electron microscope), manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) This particle is a carbon particle ( ICB) was used as a conductive aid for assisting the action of ICB).

<プリプレグ、CFRPの作製法および各種測定方法>
(1)エポキシ樹脂組成物(マトリックス樹脂)の調製
<原材料>記載のエポキシ樹脂と熱可塑性樹脂を混練し、150℃以上に昇温し、そのまま1時間撹拌することで熱可塑性樹脂を溶解させて透明な粘調液を得た。この液を混練しながら降温した後、硬化剤を添加してさらに混練し、樹脂を得た。また、必要に応じ、ポリマー粒子、導電粒子などを添加した。
<Prepreg, CFRP production method and various measurement methods>
(1) Preparation of epoxy resin composition (matrix resin) The epoxy resin and thermoplastic resin described in <Raw materials> are kneaded, heated to 150°C or higher, and stirred for 1 hour to dissolve the thermoplastic resin. A clear viscous liquid was obtained. After cooling the liquid while kneading, a curing agent was added and further kneaded to obtain a resin. In addition, polymer particles, conductive particles and the like were added as necessary.

各実施例、比較例の樹脂組成物の組成比は表1に示す。表1中の数字は特に断らない限り質量部である。 Table 1 shows the composition ratio of the resin composition of each example and comparative example. The numbers in Table 1 are parts by mass unless otherwise specified.

(2)プリプレグの作製
・サンドイッチ構造のプリプレグ
図17に示すように、CFを一方向に均一に引き揃えたCFシート14を2枚用意して、上下に配置して走行させ、下側となるCFシート14の下側に離型紙12を挿入した。下側CFシート14の上面に、樹脂付与装置15(Tダイ)を用いて、(1)で作製したスペーサーとして上記ポリマー粒子を含有するマトリックス樹脂を付与し、その後、上側CFシート14、次いで離型紙12を積層した。これを含浸装置13(プレスロール)に通して加熱しながら加圧してマトリックス樹脂を含浸させ、サンドイッチ構造のプリプレグを得た。そして、このプリプレグをロールとして巻き取った。このプリプレグロールは、上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向方向がプリプレグロール長手方向と同一であった。プリプレグの単位面積当たりのCF質量(FAW)は268g/m、Rcは34%となるように条件を調整した。プリプレグの厚みとしては230~270μmの範囲内となった。
(2) Fabrication of prepreg Prepreg of sandwich structure As shown in FIG. 17, prepare two CF sheets 14 in which CF is evenly aligned in one direction, arrange them one above the other, and run them to become the lower side. A release paper 12 was inserted under the CF sheet 14 . On the upper surface of the lower CF sheet 14, using a resin application device 15 (T die), the matrix resin containing the polymer particles as spacers prepared in (1) is applied, then the upper CF sheet 14, and then separated. The pattern paper 12 was laminated. This was passed through an impregnating device 13 (press rolls) while being heated and pressurized to be impregnated with a matrix resin to obtain a prepreg having a sandwich structure. Then, this prepreg was wound up as a roll. In this prepreg roll, the fiber orientation direction of the carbon fibers of the carbon fiber sublayers on the upper and lower surfaces was the same as the longitudinal direction of the prepreg roll. Conditions were adjusted so that the CF mass (FAW) per unit area of the prepreg was 268 g/m 2 and Rc was 34%. The thickness of the prepreg was in the range of 230-270 μm.

樹脂付与装置15としては国際公開第2018/173618号図9記載の装置を用い、塗布角は65°、塗布高さは10mm、塗布部温度は75℃、端部エア圧力は0.1MPa、面部エア圧力は0.2MPaとした。また、プリプレグの走行速度は10m/分とした。 As the resin application device 15, the device described in International Publication No. 2018/173618 FIG. The air pressure was 0.2 MPa. Also, the running speed of the prepreg was 10 m/min.

・従来技術に係る構造のプリプレグ
離型紙上に、エポキシ樹脂組成物を均一に塗布して樹脂フィルムを作製した。そして、2枚の樹脂フィルムの間に一方向に均一に引き揃えたCFシートを挟み込み、含浸装置(プレスロール)に通して加熱しながら加圧してマトリックス樹脂を含浸させ、従来技術に係る構造のプリプレグを得た。プリプレグの単位面積当たりのCF質量(FAW)は268g/m、Rcは34%となるように条件を調整した。
- A prepreg having a structure according to the prior art A resin film was produced by uniformly coating an epoxy resin composition on release paper. Then, a CF sheet that is evenly aligned in one direction is sandwiched between two resin films, and passed through an impregnation device (press roll) while being heated and pressed to be impregnated with a matrix resin. Got the prepreg. Conditions were adjusted so that the CF mass (FAW) per unit area of the prepreg was 268 g/m 2 and Rc was 34%.

なお、2段含浸を行う場合には、1段目の含浸のための1次樹脂フィルム、2段目の含浸のための2次樹脂フィルムを作製し、2段目の2次樹脂フィルムにのみ、上記した粒子を含有させた。また、1段目の1次樹脂フィルムと2段目の2次樹脂フィルムの樹脂目付は同一とした。 In the case of performing two-stage impregnation, a primary resin film for the first-stage impregnation and a secondary resin film for the second-stage impregnation are prepared, and only the second-stage secondary resin film is prepared. , containing particles as described above. In addition, the resin basis weight of the primary resin film on the first stage and the secondary resin film on the second stage were the same.

(3)プリプレグの上表面および/または下表面に存在する不溶粒子の量
プリプレグから任意の箇所を選んで5cm四方に25cm切り取ってサンプルとして、その表面(片面)からスパチュラを用いて表面の樹脂を採取した。採取された樹脂をNMPに溶解後、濾過し、粒子を濾別した。濾別された粒子の質量を測定し、サンプル面積25cm(0.0025m)で除して、不溶粒子の量(g/m)を求めた。また、顕微鏡(キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-5000)でプリプレグ表面を観察し、樹脂被覆量が80%以下の場合には、粒子の存在を確認できなければ、不溶粒子の量は0.05g/m以下とした。
(3) Amount of insoluble particles present on the upper surface and/or lower surface of the prepreg Select an arbitrary portion from the prepreg and cut a 5 cm square 25 cm 2 as a sample. was taken. After dissolving the collected resin in NMP, it was filtered to separate the particles. The mass of the filtered particles was measured and divided by the sample area of 25 cm 2 (0.0025 m 2 ) to obtain the amount of insoluble particles (g/m 2 ). In addition, the prepreg surface is observed with a microscope (Keyence Digital Microscope VHX-5000), and if the resin coating amount is 80% or less, if the presence of particles cannot be confirmed, the amount of insoluble particles is 0.05 g. /m 2 or less.

(4)プリプレグの表面の樹脂被覆量
キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-5000でプリプレグ表面全体を観察・撮影し、画像解析から樹脂被覆量を求めた。
樹脂被覆量(%)=(樹脂が占める面積/プリプレ表面全体の面積)×100(%)。
(4) Amount of resin coating on prepreg surface The entire surface of the prepreg was observed and photographed with a digital microscope VHX-5000 manufactured by Keyence Corporation, and the amount of resin coating was determined from image analysis.
Amount of resin coating (%)=(area occupied by resin/area of entire prep surface)×100(%).

(5)プリプレグの断面観察およびプリプレグ表面の樹脂厚み
-15℃以下で冷凍したプリプレグを取り出し、片刃カミソリを用い、手早く約20mm四方のサンプルをカットし、断面観察用サンプルを得た。これをキーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-5000で観察した。倍率は500倍を基本とし、観察に適切な倍率を選択した。
(5) Cross section observation of prepreg and resin thickness on prepreg surface A prepreg frozen at −15° C. or lower was taken out, and a sample of approximately 20 mm square was quickly cut using a single-edged razor to obtain a sample for cross section observation. This was observed with a digital microscope VHX-5000 manufactured by Keyence Corporation. The magnification was basically 500 times, and an appropriate magnification was selected for observation.

上記で得られた断面観察画像のうち、CFの0°方向が断面となるもの(図1のようにCF断面が見えているもの)を用い、プリプレグ厚み方向で最も表面側に位置するCFとプリプレグ最表層樹脂面の間の距離を測定した。これをプリプレグ水平方向(面内方向)に20μm以下のピッチで、10mm以上の観察範囲で測定し、平均値を求め、プリプレグ表面の樹脂厚みとした。この時、観察範囲を10mm以上とするため、複数の断面観察画像を用いた。なお、CFがプリプレグ表面に露出している地点ではプリプレグ表面の樹脂厚みはゼロとした。 Among the cross-sectional observation images obtained above, the one in which the 0 ° direction of the CF is the cross section (the cross section of the CF is visible as shown in FIG. 1) is used, and the CF located on the most surface side in the prepreg thickness direction and The distance between the outermost resin surfaces of the prepreg was measured. This was measured in an observation range of 10 mm or more at a pitch of 20 μm or less in the horizontal direction (in-plane direction) of the prepreg, and the average value was obtained as the resin thickness of the prepreg surface. At this time, in order to set the observation range to 10 mm or more, a plurality of cross-sectional observation images were used. The thickness of the resin on the prepreg surface was set to zero at points where the CF was exposed on the prepreg surface.

(6)サブレイヤー中のCFの体積比率Vcf
CFサブレイヤー中のVcfは以下のような手順で求めた。
(6) CF volume ratio Vcf in the sublayer
Vcf in the CF sublayer was obtained by the following procedure.

まず、プリプレグの断面写真からCFサブレイヤーの体積分率を求めた。次に、プリプレグを10cm四方のサイズにカットし、その質量(W)を測定した。そして、プリプレグ中のマトリックス樹脂をNMPで溶出し、その残渣を濾別し分離した。残渣を乾燥後、質量(W)を測定し、残渣の質量分率(R)を求めた。
(%)=(W/W)×100(%)
その後、残渣の質量分率(R)とNMPに不溶な成分(PA6粒子、カーボン粒子、カーボンブラック)の投入量、CF投入量から、プリプレグ全体に対するCFの質量分率(RCF)を求めた。そして、CF密度、マトリックス樹脂密度からプリプレグ全体のVcfを計算した。最後に、プリプレグ全体のVcfとCFサブレイヤーの体積分率から、CFサブレイヤー中のVcfを求めた。
First, the volume fraction of the CF sublayer was obtained from a cross-sectional photograph of the prepreg. Next, the prepreg was cut into a size of 10 cm square, and its mass (W P ) was measured. Then, the matrix resin in the prepreg was eluted with NMP, and the residue was separated by filtration. After drying the residue, the mass (W R ) was measured to obtain the mass fraction (R R ) of the residue.
R R (%) = (W R /W P ) x 100 (%)
After that, the mass fraction (R CF ) of CF relative to the entire prepreg is calculated from the mass fraction (R R ) of the residue, the input amount of components insoluble in NMP (PA6 particles, carbon particles, carbon black), and the input amount of CF. rice field. Then, the Vcf of the entire prepreg was calculated from the CF density and the matrix resin density. Finally, the Vcf in the CF sublayer was obtained from the Vcf of the entire prepreg and the volume fraction of the CF sublayer.

(7)プリプレグの含浸度の指標WPU
プリプレグから繊維長手方向長さ×幅方向(繊維方向に直交する方向)長さが100mm四方の大きさの試験片をカットした。次に、得られた試験片の質量W1を測定した後、試験片の一辺を、試験片の繊維方向が水面に対して垂直方向になるように配置し、試験片の端部から5mmの範囲(すなわち100mm×5mm)を、水に5分間浸漬した。5分間浸漬した試験片を水から取り出し、試験片の表面に付着した水分を、浸漬した面に触れないように注意しながらウェス等でふき取った後、試験片の質量W2を測定し、WPUを求めた。
WPU(%)=((W2-W1)/W1)×100(%)。
(7) WPU, an index of impregnation degree of prepreg
A test piece having a size of 100 mm square in which the length in the longitudinal direction of the fiber×the width direction (the direction perpendicular to the fiber direction) is cut from the prepreg. Next, after measuring the mass W1 of the obtained test piece, one side of the test piece is arranged so that the fiber direction of the test piece is perpendicular to the water surface, and the range of 5 mm from the end of the test piece (ie 100 mm x 5 mm) were immersed in water for 5 minutes. After immersing the test piece for 5 minutes, remove it from the water, wipe off the water adhering to the surface of the test piece with a rag or the like while being careful not to touch the immersed surface, measure the mass W2 of the test piece, and measure WPU. asked.
WPU (%)=((W2−W1)/W1)×100(%).

(8)プリプレグのタック力
プローブタック法を用いて測定した。タックテスタとしては、PICMAタックテスタII:東洋精機(株)製)を用いた。まずタックテスタに測定するプリプレグを設置し、18mm四方のガラス板を貼ったステンレス板(SUS304)を、10mm/分の速度でプリプレグの上から下降させ、プリプレグに接地後すぐに、10mm/分の速度にて上昇させて、プリプレグから引き剥がす際の剥離荷重を測定した。この時の最大荷重を接触面積で除することでタック力を求めることができる。測定温度は22℃とした。
(8) Tack force of prepreg It was measured using the probe tack method. As a tack tester, PICMA tack tester II (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) was used. First, a prepreg to be measured was placed on a tack tester, and a stainless steel plate (SUS304) with a 18 mm square glass plate was lowered from above the prepreg at a speed of 10 mm / min. to measure the peel load when peeling from the prepreg. The tack force can be obtained by dividing the maximum load at this time by the contact area. The measurement temperature was 22°C.

(9)プリプレグのドレープ性
プリプレグを幅方向長さ25mm、繊維方向長さ300mmにカットし、それを長さ片側端部の幅方向長さ25mm、繊維方向長さ100mmの部分を架台に密着させて固定した。そして、プリプレグの残りの部分、すなわち幅方向25mm、繊維方向長さ200mmの部分が架台側面から突出した片持ち梁の状態にした。この状態で10分間静置した後、架台側面からプリプレグの固定されていない端部までの水平距離Aと架台に固定したプリプレグの表面からプリプレグの固定されていない端までの垂直高さBを測定し、この2辺のタンジェントの値からドレープ角θ(PP)を算出した。測定温度は22℃とした。
tanθ(PP)=B/A。
(9) Drapability of prepreg A prepreg was cut to a length of 25 mm in the width direction and 300 mm in the fiber direction, and the portion of one end of the length with a width direction length of 25 mm and a fiber direction length of 100 mm was brought into close contact with the pedestal. fixed. Then, the remaining portion of the prepreg, that is, the portion having a width of 25 mm and a length of 200 mm in the fiber direction, was formed into a cantilever beam projecting from the side surface of the pedestal. After standing in this state for 10 minutes, measure the horizontal distance A from the side of the pedestal to the unfixed end of the prepreg and the vertical height B from the surface of the prepreg fixed to the pedestal to the unfixed end of the prepreg. Then, the drape angle θ (PP) was calculated from the tangent values of these two sides. The measurement temperature was 22°C.
tan θ(PP)=B/A.

(10)プリプレグのスリット加工試験
自動裁断機としてGerber Technology社のGERBERcutter(R)DSC、28mm円刃としてオルファ社製円形刃28ミリ(RB28)を用い、固定された円刃に対し、プリプレグを繊維方向に沿って18m/分で移動させることでスリット加工した。スリット加工は、100m以上の加工長さについて行い、スリットされたプリプレグの側面にて、長さ1cm以上の炭素繊維を含有する毛羽の数をカウントし、加工長さで除することで、炭素繊維を含有する毛羽の存在頻度(個/10m)を求めた。
(10) Prepreg slitting test Using Gerber Technology's GERBERcutter (R) DSC as an automatic cutting machine and a 28 mm circular blade made by Olfa (RB28) as a 28 mm circular blade, the prepreg is cut into fibers against the fixed circular blade. Slitting was performed by moving along the direction at 18 m/min. Slitting is performed for a processing length of 100 m or more, and the number of fluffs containing carbon fibers with a length of 1 cm or more is counted on the side surface of the slit prepreg, and divided by the processing length. The frequency of occurrence of fluff (pieces/10m) containing was determined.

(11)CFRPの成形
それぞれ作製した8セットのレイヤーを[0/90]2S構成で積層し、オートクレーブにて180℃の温度で2時間、圧力0.59MPa、昇温速度1.5℃/分で樹脂を硬化させてCFRPパネル(平板構造)を作製した。
(11) Molding of CFRP Laminate 8 sets of each layer in a [0/90] 2S configuration, and autoclave at a temperature of 180 ° C for 2 hours, a pressure of 0.59 MPa, and a heating rate of 1.5 ° C/min. A CFRP panel (flat plate structure) was produced by curing the resin.

(12)CFRPの断面観察
(11)で得られたCFRPパネルから、約20mm四方のサンプルをカットした。次に、これをエポキシ樹脂で包埋・硬化後、エッジ部分を研磨した。その後、この研磨面をキーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-5000で観察した。
(12) Observation of Cross Section of CFRP A sample of about 20 mm square was cut from the CFRP panel obtained in (11). Next, after embedding and curing this with epoxy resin, the edge portion was polished. After that, the polished surface was observed with a digital microscope VHX-5000 manufactured by Keyence Corporation.

(13)CFRPの厚み方向の導電率
(11)で得られたCFRPパネルから、パネル最表層のCFの角度を0°として、0°、90°方向に沿って、40mm四方のサンプルを切り出し、両表面を約50μm研磨除去後、両面にAgペーストを、ヘラを用いて均一に塗布した。120℃の温度に調整した熱風オーブン中で、1時間かけてAgペーストを硬化させ、導電率評価用のサンプルを得た。得られたサンプルの厚み方向の抵抗を、インピーダンスアナライザ(IM3570、日置電機株式会社製)を用いて、直流5mAの電流負荷条件で、四端子法により測定した。測定された抵抗値と、サンプル寸法から導電率(S/m)を計算した。
(13) Conductivity of CFRP in thickness direction From the CFRP panel obtained in (11), with the angle of the CF on the outermost layer of the panel set to 0°, cut out a 40 mm square sample along the 0° and 90° directions, After removing about 50 μm from both surfaces by polishing, Ag paste was evenly applied to both surfaces using a spatula. The Ag paste was cured over 1 hour in a hot air oven adjusted to a temperature of 120° C. to obtain a sample for conductivity evaluation. The resistance in the thickness direction of the obtained sample was measured by the four-probe method using an impedance analyzer (IM3570, manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.) under a DC current load condition of 5 mA. Conductivity (S/m) was calculated from the measured resistance value and sample dimensions.

(14)渦流探傷試験(誘導電流評価)
銅製のコイル(内径10mm、外径14mm、高さ3mm、巻き数60回、PPSボビンつき(耳の厚さ1mm)、キタモトテック社製)の直列抵抗成分を、インピーダンスアナライザ(IM3570、日置電機株式会社製)を用いて、交流5mA、周波数300kHzの電流負荷条件で、四端子法により測定した。1回目の測定では、該コイルの近傍に導電体を何も置かないようにして測定した。該コイルの近傍に導電体を置くと、該コイルの直列抵抗成分が変化してしまうため、直列抵抗成分が影響を受ける範囲には、導電体を置かないようにした。次に、該コイルを、成形後のCFRPパネルの上に接触させるようにして設置し、同様の手法でコイルの直列抵抗成分を測定した。このとき、該コイルにはPPSボビンがついているため、コイル部分とCFRPパネルの間には1mmの距離が空いている。CFRPパネルの上に設置したときの直列抵抗成分から、1回目の測定結果を差し引くことで、コイルの抵抗変化を計算した。
(14) Eddy current testing (induced current evaluation)
The series resistance component of a copper coil (inner diameter 10 mm, outer diameter 14 mm, height 3 mm, number of turns 60, with PPS bobbin (thickness of ear 1 mm), manufactured by Kitamoto Tech) was measured using an impedance analyzer (IM3570, Hioki Electric Co., Ltd.). (manufactured by the same company) under current load conditions of 5 mA AC and 300 kHz frequency, and measured by the four-probe method. In the first measurement, no conductor was placed near the coil. If a conductor is placed near the coil, the series resistance component of the coil changes. Next, the coil was placed in contact with the molded CFRP panel, and the series resistance component of the coil was measured in the same manner. At this time, since the PPS bobbin is attached to the coil, there is a distance of 1 mm between the coil portion and the CFRP panel. The resistance change of the coil was calculated by subtracting the first measurement result from the series resistance component when installed on the CFRP panel.

(実施例1)導電粒子含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂1を用い、上記(2)に示す方法で、図17に示す装置を用いて、サンドイッチ構造プリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは2%以下と十分含浸が進んでいた。また、マトリックス樹脂に含有される粒子は、その粒子径がCF直径より十分大きいためスペーサーとして機能し、前記のように十分含浸が進行していても、上下のCFサブレイヤーの間に樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは30~50μmであり、好ましい範囲といえた。また、表2に示すように、CFサブレイヤーのVcfが69%と十分高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下、ドレープ角(θ)も7~17°といずれも好ましい範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 1) Conductive Particle Containing Resin 1 containing polymer particles and conductive particles was used as the matrix resin, and a sandwich structure prepreg was produced by the method shown in (2) above using the apparatus shown in FIG. Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. The WPU of this prepreg was sufficiently impregnated with 2% or less. In addition, since the particles contained in the matrix resin have a particle diameter sufficiently larger than the diameter of the CF, they function as spacers. was shown to form. The thickness of the resin sublayer was 30 to 50 μm, which was a preferable range. Further, as shown in Table 2, the CF sublayer had a sufficiently high Vcf of 69%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and a drape angle (θ) of 7 to 17°, both of which were within preferable ranges. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように、本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造が確認された。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。これの厚み方向導電率は9S/mであり、比較例1(実施例1と同量の導電粒子を含有する、従来技術に係る2段含浸プリプレグ)より高いもので、エッジグロー抑制効果が十分期待できるレベルのものであった。更に、渦流探傷試験による抵抗値変化は3.8Ωと、比較例1の2.5Ωより明らかに高く誘導電流の増加が期待できるものであった。このように、本発明のプリプレグを用いることで、同量の導電粒子を含有する従来技術に係るプリプレグより優れた導電性を有するCFRPが得られた。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section confirmed the structure of specific layers derived from the prepreg of the present invention, as exemplified in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The thickness direction conductivity of this is 9 S / m, which is higher than Comparative Example 1 (two-stage impregnated prepreg according to the prior art containing the same amount of conductive particles as in Example 1), and the edge glow suppressing effect is sufficient. It was at the expected level. Furthermore, the resistance value change by the eddy current flaw detection test was 3.8 Ω, which is clearly higher than 2.5 Ω of Comparative Example 1, and an increase in the induced current can be expected. Thus, by using the prepreg of the present invention, a CFRP having better conductivity than the prepreg of the prior art containing the same amount of conductive particles was obtained.

(比較例1)従来技術に係る2段含浸プリプレグ(導電粒子含有)
マトリックス樹脂として樹脂2-1を1次樹脂(プリプレグ内層側)、ポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂2-2を2次樹脂(プリプレグ外層側)として用い、2段含浸法によりプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察から、CFサブレイヤーに挟まれる樹脂サブレイヤーは形成されなかったことを確認した。
(Comparative Example 1) Two-stage impregnated prepreg (contains conductive particles) according to conventional technology
A prepreg was produced by a two-step impregnation method using resin 2-1 as a matrix resin as a primary resin (prepreg inner layer side) and resin 2-2 containing polymer particles and conductive particles as a secondary resin (prepreg outer layer side). . From observation of the cross section of the prepreg, it was confirmed that a resin sublayer sandwiched between CF sublayers was not formed.

本プリプレグを上記(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図11に例示されるように、レイヤー内に低Vcfサブレイヤーは形成されず、隣接レイヤーの間には厚いレイヤー間樹脂層が形成されていた。これの厚み方向導電率は8S/m、渦流探傷試験による抵抗値変化は2.5Ωと、実施例1に比べて小さいものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) above to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross section revealed that no low Vcf sublayer was formed within the layer, and a thick interlayer resin layer was formed between adjacent layers, as illustrated in FIG. The conductivity in the thickness direction of this was 8 S/m, and the resistance value change in the eddy current flaw detection test was 2.5Ω, which were smaller than those of Example 1.

(実施例2)導電助剤含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子、導電助剤を含有する樹脂3を用い、実施例1と同様にサンドイッチ構造プリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは2%以下であったが、実施例1と同様の理由で、十分に樹脂含浸が進行しても上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは30~50μmの範囲にあった。また、表2に示すように、CFサブレイヤーのVcfが69%と十分高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下の範囲、ドレープ角(θ)も7~17°の範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 2) Containing Conductive Aid A sandwich structure prepreg was produced in the same manner as in Example 1, using resin 3 containing polymer particles, conductive particles, and a conductive aid as the matrix resin. Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. Although the WPU of this prepreg was 2% or less, for the same reason as in Example 1, it was shown that a resin sublayer sandwiched between the upper and lower CF sublayers was formed even if the resin impregnation progressed sufficiently. was done. The thickness of the resin sublayer was in the range of 30-50 μm. Further, as shown in Table 2, the CF sublayer had a sufficiently high Vcf of 69%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force in the range of 0.0059 MPa to 0.025 MPa and a drape angle (θ) in the range of 7 to 17°. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造が確認された。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。これの厚み方向導電率は12S/m、渦流探傷試験による抵抗値変化は4.2Ωと、実施例1よりも効果が高いものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section confirmed the structure of specific layers derived from the prepreg of the present invention, as illustrated in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The conductivity in the thickness direction of this was 12 S/m, and the change in resistance value by the eddy current flaw detection test was 4.2 Ω, which were higher than those of Example 1.

(実施例3)導電粒子無し
マトリックス樹脂として、スペーサーとしてのポリマー粒子を含有する樹脂4(導電粒子は含有しない)を用い、図17に示す装置を用いてサンドイッチ構造プリプレグを作製した。プリプレグの断面観察よりCFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有していることを確認した。本プリプレグでは、実施例1と同様の理由で、樹脂含浸が進行しても上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは30~50μmであり、好ましい範囲といえた。また、表3に示すように、CFサブレイヤーのVcfが69%と十分高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本サンドイッチ構造プリプレグは、WPUが2%以下と十分含浸が進んでおり、またタック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下の範囲、ドレープ角(θ)も7~17°の範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
Example 3 No Conductive Particles Resin 4 containing polymer particles as spacers (no conductive particles) was used as the matrix resin, and a sandwich structure prepreg was produced using the apparatus shown in FIG. Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. In this prepreg, for the same reason as in Example 1, it was shown that resin sublayers sandwiched between upper and lower CF sublayers were formed even when resin impregnation progressed. The thickness of the resin sublayer was 30 to 50 μm, which was a preferable range. Further, as shown in Table 3, the CF sublayer had a sufficiently high Vcf of 69%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This sandwich-structure prepreg had a WPU content of 2% or less and was sufficiently impregnated, had a tack force in the range of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and had a drape angle (θ) in the range of 7 to 17°. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のサンドイッチ構造プリプレグに由来する特定のレイヤーの構造が確認された。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。これの渦流探傷試験による抵抗値変化は1.5Ωと、比較例2の1.0Ωより高く誘導電流の増加が期待できるものであった。誘導電流が増加することで、誘導加熱効率の向上だけでなく、隣接レイヤー間の電位差を小さくする効果も期待できる。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section confirmed the structure of specific layers derived from the sandwich structure prepreg of the present invention, as illustrated in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The eddy current flaw detection test showed a change in resistance value of 1.5 Ω, which is higher than 1.0 Ω in Comparative Example 2, and an increase in the induced current can be expected. By increasing the induced current, not only the efficiency of induction heating can be improved, but also the effect of reducing the potential difference between adjacent layers can be expected.

(比較例2)従来技術に係る2段含浸プリプレグ(導電粒子無し)
マトリックス樹脂として樹脂2-1を1次樹脂(プリプレグ内層側)、ポリマー粒子を含有する樹脂2-3(導電粒子は含有しない)を2次樹脂(プリプレグ外層側)として用い、2段含浸法により従来技術に係るプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察から、このプリプレグはサンドイッチ構造とはならず、CFサブレイヤーに挟まれる樹脂サブレイヤーは形成されなかったことを確認した。
(Comparative Example 2) Two-stage impregnated prepreg according to conventional technology (without conductive particles)
By using resin 2-1 as a matrix resin as a primary resin (prepreg inner layer side) and resin 2-3 containing polymer particles (not containing conductive particles) as a secondary resin (prepreg outer layer side), a two-step impregnation method is performed. A prepreg according to the prior art was produced. From observation of the cross section of the prepreg, it was confirmed that the prepreg did not have a sandwich structure, and no resin sublayers sandwiched between CF sublayers were formed.

本プリプレグを上記(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図11に例示されるように、レイヤー内に低Vcfサブレイヤーは形成されず、隣接レイヤーとの間には厚いレイヤー間樹脂層が形成されていた。これの渦流探傷試験による抵抗値変化は1.0Ω以下と、実施例3に比べて小さいものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) above to obtain a CFRP panel. When the CFRP cross section was observed, as illustrated in FIG. 11, no low Vcf sublayer was formed within the layer, and a thick interlayer resin layer was formed between adjacent layers. The change in resistance value by the eddy current flaw detection test was 1.0Ω or less, which is smaller than that of Example 3.

(実施例4)プリプレグテープ
実施例1で得られたプリプレグのスリット加工を行い、幅1.3cm(1/2インチ)のプリプレグテープを得た。このプリプレグテープの側面を観察したところ、WPUが2%以下と十分含浸が進んでいたため、CFを含有する1cm以上の毛羽の存在頻度は0.2個/10m以下と少なかった。
(Example 4) Prepreg tape The prepreg obtained in Example 1 was slit to obtain a prepreg tape with a width of 1.3 cm (1/2 inch). Observation of the side surface of this prepreg tape revealed that the WPU was sufficiently impregnated to 2% or less, so the frequency of presence of CF-containing fluff of 1 cm or more was as low as 0.2 fluff/10 m or less.

(実施例5)導電粒子含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂5を用い、上記(2)に示す方法で、図17に示す装置を用いてサンドイッチ構造のプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは2%以下と十分含浸が進んでいた。また、マトリックス樹脂に含有される粒子は、その粒子径がCF直径より十分大のため、スペーサーとして機能し、前記のように十分含浸が進行しても、上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは10~19μmであり、好ましい範囲といえた。また、表4に示すように、CFサブレイヤーのVcfが61%と高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下、ドレープ角(θ)も7~17°といずれも好ましい範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 5) Conductive Particle Containing Resin 5 containing polymer particles and conductive particles was used as the matrix resin, and a prepreg having a sandwich structure was produced by the method shown in (2) above using the apparatus shown in FIG. 17 . Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. The WPU of this prepreg was sufficiently impregnated with 2% or less. In addition, since the particles contained in the matrix resin have a particle diameter sufficiently larger than the diameter of the CF, they function as spacers. It has been shown that sublayers are formed. The thickness of the resin sublayer was 10 to 19 μm, which was a preferable range. Further, as shown in Table 4, the CF sublayer had a high Vcf of 61%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and a drape angle (θ) of 7 to 17°, both of which were within preferable ranges. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造をしていた。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。厚み方向導電率は9S/mであり、エッジグロー抑制効果が十分期待できるレベルのものであった。さらに、渦流探傷試験による抵抗値変化は2.8Ωと、比較例1の2.5Ωより明らかに高く誘導電流の増加が期待できるものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section revealed a specific layer structure derived from the prepreg of the present invention, as exemplified in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The conductivity in the thickness direction was 9 S/m, which was at a level at which the effect of suppressing edge glow could be fully expected. Furthermore, the resistance value change by the eddy current flaw detection test was 2.8 Ω, which is clearly higher than 2.5 Ω of Comparative Example 1, and an increase in the induced current can be expected.

(実施例6)導電粒子含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂6を用い、上記(2)に示す方法で、図17に示す装置を用いてサンドイッチ構造のプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは2%以下と十分含浸が進んでいた。また、マトリックス樹脂に含有される粒子は、その粒子径がCF直径より十分大のため、スペーサーとして機能し、前記のように十分含浸が進行しても、上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは20~29μmであり、好ましい範囲といえた。また、表4に示すように、CFサブレイヤーのVcfが65%と高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下、ドレープ角(θ)も7~17°といずれも好ましい範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 6) Conductive Particle Containing Resin 6 containing polymer particles and conductive particles was used as the matrix resin, and a prepreg having a sandwich structure was produced by the method shown in (2) above using the apparatus shown in FIG. 17 . Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. The WPU of this prepreg was sufficiently impregnated with 2% or less. In addition, since the particles contained in the matrix resin have a particle diameter sufficiently larger than the diameter of the CF, they function as spacers. It has been shown that sublayers are formed. The thickness of the resin sublayer was 20 to 29 μm, which was a preferable range. Further, as shown in Table 4, the CF sublayer had a high Vcf of 65%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and a drape angle (θ) of 7 to 17°, both of which were within preferable ranges. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造をしていた。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。厚み方向導電率は9S/mであり、エッジグロー抑制効果が十分期待できるレベルのものであった。さらに、渦流探傷試験による抵抗値変化は3.4Ωと、比較例1の2.5Ωより明らかに高く誘導電流の増加が期待できるものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section revealed a specific layer structure derived from the prepreg of the present invention, as exemplified in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The conductivity in the thickness direction was 9 S/m, which was at a level at which the effect of suppressing edge glow could be fully expected. Furthermore, the resistance value change by the eddy current flaw detection test was 3.4 Ω, which is clearly higher than 2.5 Ω in Comparative Example 1, and an increase in the induced current can be expected.

(実施例7)導電粒子含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂7を用い、上記(2)に示す方法で、図17に示す装置を用いてサンドイッチ構造のプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは2%以下と十分含浸が進んでいた。また、マトリックス樹脂に含有される粒子は、その粒子径がCF直径より十分大のため、スペーサーとして機能し、前記のように十分含浸が進行しても、上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは30~55μmであり、好ましい範囲といえた。また、表4に示すように、CFサブレイヤーのVcfが72%と高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下、ドレープ角(θ)も7~17°といずれも好ましい範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 7) Conductive Particle Containing Resin 7 containing polymer particles and conductive particles was used as the matrix resin, and a prepreg having a sandwich structure was produced by the method shown in (2) above using the apparatus shown in FIG. 17 . Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. The WPU of this prepreg was sufficiently impregnated with 2% or less. In addition, since the particles contained in the matrix resin have a particle diameter sufficiently larger than the diameter of the CF, they function as spacers. It has been shown that sublayers are formed. The thickness of the resin sublayer was 30 to 55 μm, which was considered a preferable range. Further, as shown in Table 4, the CF sublayer had a high Vcf of 72%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and a drape angle (θ) of 7 to 17°, both of which were within preferable ranges. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造をしていた。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。厚み方向導電率は17S/mであり、エッジグロー抑制効果が十分期待できるレベルのものであった。さらに、渦流探傷試験による抵抗値変化は4.9Ωと、比較例1の2.5Ωより明らかに高く誘導電流の増加が期待できるものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section revealed a specific layer structure derived from the prepreg of the present invention, as exemplified in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The conductivity in the thickness direction was 17 S/m, which was at a level at which the effect of suppressing edge glow could be fully expected. Furthermore, the resistance value change by the eddy current flaw detection test was 4.9 Ω, which is clearly higher than 2.5 Ω of Comparative Example 1, and an increase in the induced current can be expected.

(実施例8)導電粒子含有
マトリックス樹脂としてポリマー粒子および導電粒子を含有する樹脂8を用い、上記(2)に示す方法で、図17に示す装置を用いてサンドイッチ構造のプリプレグを作製した。プリプレグの断面観察より、CFサブレイヤー/樹脂サブレイヤー/CFサブレイヤーのサンドイッチ構造を有することを確認した。本プリプレグのWPUは6%であった。また、マトリックス樹脂に含有される粒子は、その粒子径がCF直径より十分大のため、スペーサーとして機能し、前記のように十分含浸が進行しても、上下のCFサブレイヤーに挟まれた樹脂サブレイヤーが形成されることが示された。樹脂サブレイヤーの厚みは56~70μmであり、好ましい範囲といえた。また、表4に示すように、CFサブレイヤーのVcfが76%と高く、プリプレグ表面(両面)の不溶粒子含有量は0.05g/m以下であった。本プリプレグは、タック力は0.0059MPa以上0.025MPa以下、ドレープ角(θ)も7~17°といずれも好ましい範囲にあった。また、プリプレグの表面樹脂厚みは10μm以下、プリプレグ表面の樹脂被覆量は80%以下であった。
(Example 8) Conductive Particle Containing Resin 8 containing polymer particles and conductive particles was used as the matrix resin, and a prepreg having a sandwich structure was produced by the method shown in (2) above using the apparatus shown in FIG. Observation of the cross section of the prepreg confirmed that it had a sandwich structure of CF sublayer/resin sublayer/CF sublayer. The WPU of this prepreg was 6%. In addition, since the particles contained in the matrix resin have a particle diameter sufficiently larger than the diameter of the CF, they function as spacers. It has been shown that sublayers are formed. The thickness of the resin sublayer was 56 to 70 μm, which was a preferable range. Further, as shown in Table 4, the CF sublayer had a high Vcf of 76%, and the insoluble particle content on the prepreg surface (both sides) was 0.05 g/m 2 or less. This prepreg had a tack force of 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less, and a drape angle (θ) of 7 to 17°, both of which were within preferable ranges. Moreover, the surface resin thickness of the prepreg was 10 μm or less, and the resin coating amount on the prepreg surface was 80% or less.

本プリプレグを(11)の方法で積層、成形し、CFRPパネルを得た。CFRP断面を観察したところ、図3に例示されるように本発明のプリプレグに由来する特定のレイヤーの構造をしていた。また、レイヤー間樹脂層は非常に薄いか厚みゼロとみなせるレベルであった。厚み方向導電率は15S/mであり、エッジグロー抑制効果が十分期待できるレベルのものであった。実施例さらに、渦流探傷試験による抵抗値変化は5.7Ωと、比較例1の2.5Ωより明らかに高く誘導電流の増加が期待できるものであった。 This prepreg was laminated and molded by the method (11) to obtain a CFRP panel. Observation of the CFRP cross-section revealed a specific layer structure derived from the prepreg of the present invention, as exemplified in FIG. Also, the resin layer between layers was very thin or at a level that could be regarded as having zero thickness. The conductivity in the thickness direction was 15 S/m, which was at a level at which the effect of suppressing edge glow could be fully expected. Example Further, the resistance value change by the eddy current flaw detection test was 5.7Ω, which is clearly higher than 2.5Ω of Comparative Example 1, and an increase in induced current can be expected.

Figure 2023106337000003
Figure 2023106337000003

Figure 2023106337000004
Figure 2023106337000004

Figure 2023106337000005
Figure 2023106337000005

Figure 2023106337000006
Figure 2023106337000006

本発明のプリプレグは、耐雷性が要求される分野と、誘導溶接を必要とされる分野に広く適用可能である。特に、航空機の構造部材に用いると、金属メッシュやシーラント等の従来の耐雷システムを軽減できるため、当該分野に好適に用いることができ、従来の耐雷システムを簡素化し、航空機の軽量化、コストダウンに寄与することができる。 The prepreg of the present invention is widely applicable to fields requiring lightning resistance and fields requiring induction welding. In particular, when used for aircraft structural members, it can reduce the need for conventional lightning protection systems such as metal mesh and sealant, so it can be suitably used in this field, simplifying conventional lightning protection systems, reducing weight and cost of aircraft. can contribute to

1 炭素繊維
2 マトリックス樹脂
3 サンドイッチ構造プリプレグ
4、5 炭素繊維サブレイヤー
6 樹脂サブレイヤー
10 プリプレグ
11 樹脂シート
12 離型シート
13 含浸装置
14 炭素繊維シート
15 樹脂付与装置
16 ローラー
20、21、22、23、24 上側隣接レイヤーとのレイヤー間樹脂層
30、31、32、33,34 下側隣接レイヤーとのレイヤー間樹脂層
100、101、102 特定のレイヤー
103、104 レイヤー
110、111、112、122、210、212、222、310 低Vcfサブレイヤー
150、151、152、160、161、162、172 高Vcfサブレイヤー
200、201、202、203、204 上側に存在する隣接レイヤー
300、301、302、303、304 下側に存在する隣接レイヤー
401、501 下側に存在するレイヤー
1000、1001、1002 本発明のプリプレグで得られるCFRPの一実施形態
1003 従来技術に係るプリプレグで得られるCFRPの一形態
1004 従来技術に係るプリプレグで得られる層間強化型のCFRPの一形態
L1、L4 Z方向の中間に観察されるレイヤー
L2、L5 Z方向の上側に観察される隣接レイヤー
L3、L6 Z方向の下側に観察される隣接レイヤー
W1 X軸方向全域長
A1、A1’ 3つのレイヤー全体のVcfの代表値(メジアン)
B1、B1’ レイヤー間樹脂層を定義するためのVcfの閾値
C1、C1’ レイヤー全体のVcfの平均値
D1、D1’ 低Vcfサブレイヤーを定義するためのVcfの閾値
K1 低Vcfサブレイヤーの該当箇所
I1、I1’ 下側隣接レイヤーとのレイヤー間樹脂層の該当箇所
J1 上側の隣接レイヤーとの境界近傍において、Vcfの最小値を取るポイント
J1’ 上側隣接レイヤーとのレイヤー間樹脂層の該当箇所
Z3、Z6 下側隣接レイヤーとのレイヤー間の境界におけるZ座標
Z2、Z5 上側隣接レイヤーとのレイヤー間の境界におけるZ座標
T110、T112、T122 低Vcfサブレイヤーの厚み
T20、T22、T24 上側隣接レイヤーとの間のレイヤー間樹脂層厚み
T30、T32、T34 下側隣接レイヤーとの間のレイヤー間樹脂層厚み
T100、T102、T104 レイヤーの厚み
1 carbon fiber 2 matrix resin 3 sandwich structure prepreg 4, 5 carbon fiber sublayer 6 resin sublayer 10 prepreg 11 resin sheet 12 release sheet 13 impregnation device 14 carbon fiber sheet 15 resin application device 16 rollers 20, 21, 22, 23 , 24 Layer-to-layer resin layers 30, 31, 32, 33, 34 Layer-to-layer resin layers to upper adjacent layers Layer-to-layer resin layers 100, 101, 102 to Lower-side adjacent layers Specific layers 103, 104 Layers 110, 111, 112, 122, 210, 212, 222, 310 Low Vcf sublayers 150, 151, 152, 160, 161, 162, 172 High Vcf sublayers 200, 201, 202, 203, 204 Overlying adjacent layers 300, 301, 302, 303 , 304 Underlying adjacent layers 401, 501 Underlying layers 1000, 1001, 1002 One embodiment of CFRP obtained with the prepreg of the present invention 1003 One form of CFRP obtained with the prepreg according to the prior art 1004 Conventional One form of interlayer reinforced CFRP obtained with the prepreg according to the technology L1, L4 Layers L2 and L5 observed in the middle of the Z direction Adjacent layers L3 and L6 observed on the upper side in the Z direction L3 and L6 Observed on the lower side in the Z direction adjacent layer W1 X-axis direction total length A1, A1′ representative value (median) of Vcf of all three layers
B1, B1′ Vcf thresholds C1, C1′ for defining resin layers between layers Average Vcf values for all layers D1, D1′ Vcf threshold values for defining low Vcf sublayers K1 Applicability of low Vcf sublayers Locations I1, I1' Corresponding location J1 of the inter-layer resin layer with the lower adjacent layer Point J1' near the boundary with the upper adjacent layer where Vcf takes the minimum value Corresponding location of the inter-layer resin layer with the upper adjacent layer Z3, Z6 Z coordinates at the boundary between layers with the lower adjacent layer Z2, Z5 Z coordinates at the boundary between layers with the upper adjacent layer T110, T112, T122 Thickness of the low Vcf sublayer T20, T22, T24 Upper adjacent layer Layer-to-layer resin layer thicknesses T30, T32, T34 Layer-to-layer resin layer thicknesses to the lower adjacent layer T100, T102, T104 Layer thickness

Claims (17)

炭素繊維シートにマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグであって、上面および下面に、炭素繊維およびマトリックス樹脂を有する炭素繊維サブレイヤーが配置され、該2つの炭素繊維サブレイヤーの間に樹脂サブレイヤーが配置されてサンドイッチ構造をとり、プリプレグ中の上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向角度は同一であり、上面および/または下面の表面に存在する不溶粒子の量が0.1g/m以下である、プリプレグ。 A prepreg in which a carbon fiber sheet is impregnated with a matrix resin, wherein carbon fiber sublayers having carbon fibers and a matrix resin are arranged on upper and lower surfaces, and a resin sublayer is arranged between the two carbon fiber sublayers. The fiber orientation angle of the carbon fibers in the top and bottom carbon fiber sublayers in the prepreg is the same, and the amount of insoluble particles present on the top and/or bottom surfaces is 0.1 g/m2. 2 or less, prepreg. 前記樹脂サブレイヤーの厚みが1~100μmである、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the resin sublayer has a thickness of 1 to 100 µm. 前記樹脂サブレイヤーにスペーサーが含有される、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the resin sublayer contains spacers. 前記上面および下面の炭素繊維サブレイヤ-および前記樹脂サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂中に、熱硬化性樹脂と硬化剤と熱可塑性樹脂とを含む、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein a thermosetting resin, a curing agent, and a thermoplastic resin are included in the matrix resin that constitutes the carbon fiber sublayers on the upper and lower surfaces and the resin sublayer. 前記スペーサーとして粒子が含有される、請求項3に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 3, wherein particles are contained as said spacers. 前記スペーサーとして繊維基材が含有される、請求項3に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 3, which contains a fiber base material as the spacer. 前記樹脂サブレイヤ-を構成するマトリックス樹脂全体を100質量%とした際に、スペーサー含有割合が3質量%以上40質量%以下である、請求項3に記載のプリプレグ。 4. The prepreg according to claim 3, wherein the spacer content is 3% by mass or more and 40% by mass or less when the entire matrix resin constituting the resin sublayer is taken as 100% by mass. 前記炭素繊維シートにて、炭素繊維が一方向に引き揃えられた、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the carbon fibers are arranged in one direction in the carbon fiber sheet. 前記樹脂サブレイヤーが樹脂フィルムの形態を有し、前記樹脂フィルムがプリプレグの成形過程で実質的にフィルム形態を保持可能である、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the resin sublayer has the form of a resin film, and the resin film can substantially retain the film form during the prepreg molding process. 前記上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の体積比率(Vcf)が共に60%~90%である、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the carbon fiber volume fraction (Vcf) of the top and bottom carbon fiber sublayers are both 60% to 90%. プローブタック法で測定されるタック力が0.0059MPa以上0.025MPa以下である、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the tack force measured by a probe tack method is 0.0059 MPa or more and 0.025 MPa or less. プリプレグのドレープ角θ(PP)が7°以上17°以下である、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the drape angle θ (PP) of the prepreg is 7° or more and 17° or less. 請求項1に記載のプリプレグが巻かれてなるプリプレグロールであって、
前記上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向方向がいずれもプリプレグロール長手方向と同一である、プリプレグロール。
A prepreg roll obtained by winding the prepreg according to claim 1,
A prepreg roll, wherein the fiber orientation directions of the carbon fibers of the carbon fiber sublayers on the upper surface and the lower surface are both the same as the longitudinal direction of the prepreg roll.
請求項1に記載のプリプレグからなるテープであって、
前記上面および下面の炭素繊維サブレイヤーの炭素繊維の繊維配向方向がテープ長手方向と同一であり、テープ側面に存在する、炭素繊維を含有する長さ1cm以上の毛羽の存在頻度が1個/10m以下である、プリプレグテープ。
A tape made of the prepreg according to claim 1,
The fiber orientation direction of the carbon fibers of the carbon fiber sublayers on the upper surface and the lower surface is the same as the longitudinal direction of the tape, and the frequency of occurrence of fluff containing carbon fibers and having a length of 1 cm or more, which is present on the side surface of the tape, is 1/10 m. Prepreg tape, which is:
請求項1に記載のプリプレグ、または請求項13に記載のプリプレグロールから切り出されるプリプレグ、または請求項14に記載のプリプレグテープを少なくとも1層含有する、プリプレグ積層体。 A prepreg laminate containing at least one layer of the prepreg according to claim 1, the prepreg cut from the prepreg roll according to claim 13, or the prepreg tape according to claim 14. 請求項15に記載のプリプレグ積層体を成形して成る、炭素繊維強化複合材料。 A carbon fiber reinforced composite material obtained by molding the prepreg laminate according to claim 15. 請求項16に記載の炭素繊維強化複合材料を含み、その形状が下記から選ばれる構造体。
平板構造体、円筒構造体、箱形構造体、C形構造体、H形構造体、L形構造体、T形構造体、I形構造体、Z形構造体およびハット形構造体。
A structure comprising the carbon fiber reinforced composite material of claim 16, the shape of which is selected from:
Planar structures, cylindrical structures, box structures, C-shaped structures, H-shaped structures, L-shaped structures, T-shaped structures, I-shaped structures, Z-shaped structures and hat-shaped structures.
JP2023005592A 2022-01-20 2023-01-18 Prepreg, prepreg roll, prepreg tape, prepreg laminate, carbon fiber-reinforced composite material, and structure Pending JP2023106337A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022006988 2022-01-20
JP2022006988 2022-01-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023106337A true JP2023106337A (en) 2023-08-01

Family

ID=87473268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023005592A Pending JP2023106337A (en) 2022-01-20 2023-01-18 Prepreg, prepreg roll, prepreg tape, prepreg laminate, carbon fiber-reinforced composite material, and structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023106337A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10549499B2 (en) Composite materials with high Z-direction electrical conductivity
US9908298B2 (en) Composite materials with electrically conductive and delamination resistant properties
CN108472879B (en) Hybrid veil as an interlayer in a composite material
JP6306575B2 (en) Improvement of composite materials
JP5900327B2 (en) Prepreg, prepreg manufacturing method and carbon fiber reinforced composite material manufacturing method
KR20150003800A (en) Composite materials
KR20200080225A (en) Prepreg and fiber reinforced composite material
WO2023140271A1 (en) Method of producing prepreg, method of producing prepreg tape, method of producing prepreg laminate, and method of producing carbon fiber-reinforced composite material
WO2022004586A1 (en) Fiber-reinforced composite material and method for producing prepreg
JP2023106337A (en) Prepreg, prepreg roll, prepreg tape, prepreg laminate, carbon fiber-reinforced composite material, and structure
JP7354841B2 (en) Prepreg, prepreg with release sheet, prepreg laminate, fiber reinforced composite material, and prepreg manufacturing method
WO2023008357A1 (en) Carbon fiber-reinforced composite material
WO2023074733A1 (en) Carbon fiber-reinforced composite material
WO2023190319A1 (en) Carbon fiber reinforced composite material and prepreg
WO2023182432A1 (en) Thermosetting prepreg and method for manufacturing same
JP2020045481A (en) Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material