JP3065683B2 - Prepreg - Google Patents

Prepreg

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JP3065683B2
JP3065683B2 JP5702391A JP5702391A JP3065683B2 JP 3065683 B2 JP3065683 B2 JP 3065683B2 JP 5702391 A JP5702391 A JP 5702391A JP 5702391 A JP5702391 A JP 5702391A JP 3065683 B2 JP3065683 B2 JP 3065683B2
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正裕 杉森
敏裕 服部
多加志 村田
武 加藤
和也 後藤
尚 多田
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Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマトリックス樹脂の優れ
た熱的性質、機械的性質を損なうことなく、それから得
られる成形物に優れた靱性を賦与出来る繊維強化複合材
料用プリプレグに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a prepreg for a fiber-reinforced composite material capable of imparting excellent toughness to a molded product obtained without impairing excellent thermal and mechanical properties of a matrix resin.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】炭素
繊維等の高強度高弾性繊維を補強材とする複合材料は、
その比強度、比弾性に優れるという特徴を活かしてスポ
ーツ用途を中心に広く用いられてきている。
2. Description of the Related Art Composite materials using high-strength and high-elasticity fibers such as carbon fibers as reinforcing materials are known in the art.
It has been widely used in sports applications, taking advantage of its characteristics of excellent specific strength and specific elasticity.

【0003】通常マトリックス樹脂として用いられるエ
ポキシ樹脂、(ビス)マレイミド樹脂、シアン酸エステ
ル樹脂をはじめとする熱硬化性樹脂は、種々の特長を有
する一方で靱性に乏しいという欠点を有するためにその
用途はかなり制限されたものとなっていた。
[0003] Thermosetting resins, such as epoxy resins, (bis) maleimide resins, and cyanate ester resins, which are usually used as matrix resins, have various characteristics, but have the drawback of poor toughness, so that their applications are poor. Was quite limited.

【0004】この熱硬化性樹脂の欠点を改良する方法と
してはゴム成分や熱可塑性樹脂を添加する方法が一般的
であるが十分な靱性改良効果をあげるためには多量に添
加する必要があり、耐熱性、耐溶剤性等の低下を招く結
果となっていた。
[0004] As a method of improving the disadvantages of the thermosetting resin, a method of adding a rubber component or a thermoplastic resin is generally used, but in order to obtain a sufficient toughness improving effect, it is necessary to add a large amount. As a result, heat resistance, solvent resistance and the like are reduced.

【0005】またインターリーフと呼ばれる一種の接着
剤層を層間に挿入する方法も提案されているが繊維含有
率が上げられないなどの理由から広く実用化されるには
至っていない。
A method of inserting an adhesive layer called an interleaf between layers has also been proposed, but has not been put into practical use because the fiber content cannot be increased.

【0006】[0006]

【発明の目的】本発明の目的はマトリックス樹脂の優れ
た熱的性質、機械的性質を損なうことなく、それから得
られる成形物に優れた靱性を賦与出来る繊維強化複合材
料用プリプレグを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a prepreg for a fiber-reinforced composite material capable of imparting excellent toughness to a molded product obtained without impairing excellent thermal and mechanical properties of a matrix resin. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、(A)
弾性率 200GPa以上の補強用繊維 (B)弾性率 100GPa以下の繊維状熱可塑性樹脂 (C)多官能性マレイミド(I)および多官能性シアン
酸エステルまたはそのオリゴマー(II)の混合物あるい
は(I)と(II)の予備反応物を主成分とするマトリッ
クス樹脂 からなる繊維強化複合材料用プリプレグにおいて、
(A),(B),(C)各成分の比率が下記の範囲内に
あり、かつ(B)の繊維状熱可塑性樹脂がその外表面に
存在していることを特徴とするプリプレグにある。 (A)/(C)=60/40〜75/25 (重量比) (B)/(C)=0.5/100〜40/100 (重量比)
The gist of the present invention is that (A)
Reinforcing fiber with elastic modulus of 200 GPa or more (B) Fibrous thermoplastic resin with elastic modulus of 100 GPa or less (C) Mixture of polyfunctional maleimide (I) and polyfunctional cyanate ester or oligomer (II) thereof or (I) In the prepreg for a fiber-reinforced composite material composed of a matrix resin mainly composed of
A prepreg characterized in that the ratio of each of the components (A), (B) and (C) is within the following range, and the fibrous thermoplastic resin of (B) is present on its outer surface. . (A) / (C) = 60 / 40-75 / 25 (weight ratio) (B) / (C) = 0.5 / 100-40 / 100 (weight ratio)

【0008】本発明における(A)の弾性率200GP
a以上の補強用繊維としては炭素繊維、黒鉛繊維、ボロ
ン繊維等通常の繊維強化複合材料に用いられる補強用繊
維がそのまま用いられるが、引張強度3500MPa以
上の炭素繊維、黒鉛繊維が好適に用いられる。なかでも
引張強度4500MPa以上、伸度1.7%以上の高強
度・高伸度の炭素繊維、黒鉛繊維が最も好適に用いられ
る。
The elastic modulus (A) of the present invention is 200 GP.
As the reinforcing fibers of a or more, carbon fibers, graphite fibers, reinforcing fibers used in ordinary fiber-reinforced composite materials such as boron fibers are used as they are, but carbon fibers and graphite fibers having a tensile strength of 3500 MPa or more are preferably used. . Among them, high strength and high elongation carbon fiber and graphite fiber having a tensile strength of 4500 MPa or more and an elongation of 1.7% or more are most preferably used.

【0009】本発明に用いられる(C)の多官能性(ビ
ス)マレイミド(I)および多官能性シアン酸エステル
またはそのオリゴマー(II)の混合物あるいは(I)と
(II)の予備反応物を主成分とするマトリックス樹脂
は、(I)および(II)の混合物あるいは(I)と(I
I)の予備反応物が30重量%好ましくは40重量%以
上を含む樹脂組成物である。
The mixture of the polyfunctional (bis) maleimide (I) of (C) and the polyfunctional cyanate ester or its oligomer (II) or the pre-reacted product of (I) and (II) is used in the present invention. The matrix resin as a main component is a mixture of (I) and (II) or (I) and (I).
A resin composition wherein the pre-reacted product of I) contains 30% by weight, preferably 40% by weight or more.

【0010】多官能性マレイミド(I)としてはマレイ
ミド基を2個以上有する化合物であって一般式
The polyfunctional maleimide (I) is a compound having two or more maleimide groups,

【化1】 (式中Xは2価の芳香族性または脂肪族基を示す。)で
表されるビスマレイミドのほか、これらのビスマレイミ
ドとジアミンから得られるプレポリマーを含む。式
(1)のビスマレイミドは無水マレイン酸とジアミンと
を反応させビスマレアミド酸を調整し、ついで脱水環化
させる公知の方法で製造することができる。
Embedded image (Wherein X represents a divalent aromatic or aliphatic group), as well as prepolymers obtained from these bismaleimides and diamines. The bismaleimide of the formula (1) can be produced by a known method in which bismaleamic acid is prepared by reacting maleic anhydride with a diamine, followed by dehydration cyclization.

【0011】ジアミンとしては耐熱性の観点から芳香族
ジアミンが好ましいが、可撓性等の機能を付与したい場
合には脂肪族アミンを単独あるいは組み合わせて用いる
こともできる。ジアミンとしては例えばm−フェニレン
ジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4′−ジアミ
ノジフェニルスルホン、3,3′−ジアミノジフェニル
スルホン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,
4′−ジアミノジフェニルエーテル等が用いられる。
As the diamine, an aromatic diamine is preferable from the viewpoint of heat resistance. However, when it is desired to provide a function such as flexibility, an aliphatic amine can be used alone or in combination. Examples of the diamine include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylmethane,
4'-diaminodiphenyl ether and the like are used.

【0012】本発明に用いられる多官能性シアン酸エス
テルまたはそのオリゴマー(II)は2個以上のシアン酸
エステル基を有する有機化合物およびそのオリゴマーで
あり、一般式
The polyfunctional cyanate ester or its oligomer (II) used in the present invention is an organic compound having two or more cyanate ester groups and its oligomer, and has the general formula

【化2】 (式中nは2〜5の整数、Yは芳香族性の有機残基を示
す。)で表される化合物である。
Embedded image (Wherein n is an integer of 2 to 5, and Y represents an aromatic organic residue).

【0013】多官能性シアン酸エステルとしては1,3
−または1,4−ジシアナートベンゼン、4,4−ジシ
アナートビフェニル、ビス(4−シアナートフェニル)
メタン、2,2−ビス(4−シアナートフェニル)エタ
ン、2,2−ビス(4−シアナートフェニル)プロパ
ン、ビス(4−シアナートフェニル)スルホン等が用い
られる。
As the polyfunctional cyanate ester, 1,3
-Or 1,4-dicyanatobenzene, 4,4-dicyanatobiphenyl, bis (4-cyanatophenyl)
Methane, 2,2-bis (4-cyanatophenyl) ethane, 2,2-bis (4-cyanatophenyl) propane, bis (4-cyanatophenyl) sulfone and the like are used.

【0014】前記の多官能性シアン酸エステルはシアナ
ートの三量化によるトリアジンオリゴマーの他、アミン
との反応によるプレポリマーの形でも用いることがで
き、その目的に用いられるアミンとしては前記の多官能
性マレイミドの合成及び変成に用いられたものが挙げら
れる。
The above-mentioned polyfunctional cyanate ester can be used in the form of a prepolymer formed by a reaction with an amine, in addition to a triazine oligomer obtained by trimerization of a cyanate. Examples include those used in the synthesis and modification of maleimides.

【0015】前記の多官能性マレイミド(I)および多
官能性シアン酸エステルまたはそのオリゴマー(II)を
単独で、又は無触媒もしくは触媒存在下に予備反応させ
て得られる予備反応物が用途により適宜選択され用いら
れる。
The pre-reacted product obtained by pre-reacting the above-mentioned polyfunctional maleimide (I) and polyfunctional cyanate ester or its oligomer (II) alone or in the absence of a catalyst or in the presence of a catalyst may be suitably used depending on the application. Selected and used.

【0016】(I)と(II)の割合は重量比で(I)/
(II)=5〜15/95〜85が好ましい。(I)の量
が15より多いと耐熱水性は向上するが高い硬化温度が
必要でありまた耐衝撃性が低下する傾向を示し、5より
低いと耐衝撃性は向上するものの耐熱水性は低下する傾
向を示すため好ましくない。
The ratio of (I) and (II) is expressed by weight ratio of (I) /
(II) = 5 to 15/95 to 85 is preferred. When the amount of (I) is more than 15, the hot water resistance is improved, but a high curing temperature is required, and the impact resistance tends to decrease. When the amount is less than 5, the impact resistance improves but the hot water resistance decreases. It is not preferable because it shows a tendency.

【0017】基材に対する接着性を改良するためにエポ
キシ樹脂を混合したり靱性の改善を目的としてポリエス
テル化合物を添加することが好ましい。
It is preferable to mix an epoxy resin to improve the adhesion to the substrate or to add a polyester compound for the purpose of improving the toughness.

【0018】使用するエポキシ樹脂としては、公知のエ
ポキシ樹脂でよく、例えば下記の化合物が挙げられる。
ジフェニロールプロパン、ジフェニロールエタン、ジフ
ェニロールメタンなどのジフェニロールアルカンのポリ
グリシジルエーテル、ノボラック、クレゾール、レゾー
ルなどの多価フェノールのポリグリシジルエーテル、シ
クロヘキサン、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジ
エンなどの脂環式化合物のエポキシ化により生成される
エポキシ樹脂例えば3,4−エポキシ−6−メチル−シ
クロヘキサン−カルボン酸の(3,4−エポキシ−6−
メチル−シクロヘキサン)−メチルエステル、エチレン
グリコール、グリセリンなどの脂肪族ポリオキシ化合物
のポリ(エポキシアルキル)エーテル、芳香族又は脂肪
族カルボン酸のグリシジルエステルなどのカルボン酸の
エポキシアルキルエステルなど。また例えば米国特許第
3390037号、同第2970983号及び同第30
67170号各明細書に記載されているようなエポキシ
樹脂と硬化剤の予備反応物であってもよく、単なる混合
物であってもよい。
The epoxy resin used may be a known epoxy resin, for example, the following compounds.
Polyglycidyl ethers of diphenylol alkanes such as diphenylolpropane, diphenylolethane and diphenylolmethane, polyglycidyl ethers of polyhydric phenols such as novolak, cresol and resol, cyclohexane, cyclopentadiene and dicyclopentadiene Epoxy resins formed by epoxidation of alicyclic compounds such as (3,4-epoxy-6) of 3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexane-carboxylic acid
Poly (epoxyalkyl) ethers of aliphatic polyoxy compounds such as methyl-cyclohexane) -methyl ester, ethylene glycol and glycerin, and epoxyalkyl esters of carboxylic acids such as glycidyl esters of aromatic or aliphatic carboxylic acids. In addition, for example, U.S. Pat.
It may be a pre-reacted product of an epoxy resin and a curing agent as described in each specification of JP-A-67170, or may be a simple mixture.

【0019】これらは単独でも二種以上配合して用いて
もよい。好適なエポキシ化合物としては、例えばビスフ
ェノールAのジグリシジルエーテルもしくはビスフェノ
ールFのジグリシジルエーテルあるいはそれらのエポキ
シ化合物とジアミノジフェニルスルホンとのエポキシ基
/NH基比4/1での予備反応物が挙げられる。
These may be used alone or in combination of two or more. Suitable epoxy compounds include, for example, the diglycidyl ether of bisphenol A or the diglycidyl ether of bisphenol F, or the prereacted product of these epoxy compounds and diaminodiphenyl sulfone at an epoxy group / NH group ratio of 4/1.

【0020】ポリエステル化合物としては一般式The polyester compound has the general formula

【化3】 もしくはEmbedded image Or

【化4】 (式中Arはフェニレン基、R1 は2価の脂肪族基、R
2 は2価の芳香族基または脂肪族基を示す)で表される
化合物が好ましく、とくに酸成分が主としてテレフタル
酸、グリコール成分が主としてネオペンチルグリコール
またはエチレングリコールである化合物が好ましい。更
にポリエステル化合物の軟化点が100℃以下であるこ
とが重要でまた70℃以下である方が良い。
Embedded image (Wherein Ar is a phenylene group, R 1 is a divalent aliphatic group, R
2 represents a divalent aromatic group or an aliphatic group), particularly preferably a compound in which the acid component is mainly terephthalic acid and the glycol component is mainly neopentyl glycol or ethylene glycol. It is important that the softening point of the polyester compound is 100 ° C. or lower, and it is better that the softening point is 70 ° C. or lower.

【0021】軟化点が100℃を越える場合には多官能
性マレイミド類、多官能性シアン酸エステル類及びエポ
キシ化合物との相溶性が悪くなり、均一な組成物を得る
ことが困難となる。このポリエステル化合物は数平均分
子量が500〜10000、特に500〜3000であ
ることが好ましい。500未満では粘度が低下し、また
10000を超えると他の成分との混合作業性に欠ける
ため適当でない。本発明に用いられるポリエステル化合
物は他の線状ポリエステルの製造において用いられる一
般的な方法によって製造できる。
If the softening point exceeds 100 ° C., the compatibility with polyfunctional maleimides, polyfunctional cyanate esters and epoxy compounds becomes poor, and it becomes difficult to obtain a uniform composition. This polyester compound preferably has a number average molecular weight of 500 to 10,000, particularly preferably 500 to 3,000. If it is less than 500, the viscosity will be low, and if it exceeds 10,000, the workability of mixing with other components will be lacking, which is not suitable. The polyester compound used in the present invention can be produced by a general method used in producing another linear polyester.

【0022】混合割合は多官能性ビスマレイミド(I)
および多官能性シアン酸エステルまたはそのオリゴマー
(II)の混合物あるいは(I)と(II)の予備反応物1
00重量部に対しエポキシ樹脂5〜100重量部、ポリ
エステル化合物5〜50重量部とすることが好ましい。
The mixing ratio is multifunctional bismaleimide (I)
And a mixture of a polyfunctional cyanate ester or its oligomer (II) or a pre-reaction product 1 of (I) and (II)
It is preferable to use 5 to 100 parts by weight of the epoxy resin and 5 to 50 parts by weight of the polyester compound based on 00 parts by weight.

【0023】エポキシ化合物の使用量が5重量部未満の
場合には基材に対する接着性が劣り、100重量部を越
えると満足な耐熱性が得られない。ポリエステル化合物
の使用量が5重量部未満の場合には充分な耐衝撃性が発
揮されず、50重量部を越えると耐熱性及び耐溶剤性が
著しく低下する。
When the amount of the epoxy compound is less than 5 parts by weight, the adhesion to the substrate is poor, and when it exceeds 100 parts by weight, satisfactory heat resistance cannot be obtained. If the amount of the polyester compound is less than 5 parts by weight, sufficient impact resistance is not exhibited, and if it exceeds 50 parts by weight, heat resistance and solvent resistance are significantly reduced.

【0024】樹脂硬化物に所望の特性を付与したり、あ
るいは樹脂の熱硬化性を調節する目的で触媒を添加して
もよい。触媒としては例えば三弗化硼素アミン錯化合物
のような滞在性硬化触媒の他、トリエチレンジアミン、
1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン、
N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリ
ン、トリ−n−ブチルアミン等の第3アミン類、ジクミ
ルパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、t−ブチルヒド
ロパーオキサイド等の有機過酸化物、オクチル酸亜鉛、
オクチル酸錫、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト等
の有機酸金属塩等が挙げられる。触媒の使用量は目的に
応じて決定すればよいが、樹脂組成物の安定性の面か
ら、全樹脂固形成分に対して0.2〜3重量%とするこ
とが好ましい。
A catalyst may be added for the purpose of imparting desired properties to the cured resin or controlling the thermosetting property of the resin. Examples of the catalyst include a staying curing catalyst such as a boron trifluoride amine complex compound, triethylene diamine,
1,8-diazabicyclo (5.4.0) undecene,
Tertiary amines such as N, N-dimethylbenzylamine, N-methylmorpholine, tri-n-butylamine, organic peroxides such as dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, zinc octylate ,
Organic acid metal salts such as tin octylate, zinc naphthenate, and cobalt naphthenate are exemplified. The amount of the catalyst used may be determined according to the purpose, but from the viewpoint of the stability of the resin composition, the amount is preferably 0.2 to 3% by weight based on the total resin solid components.

【0025】更にカルボキシル基末端ブタジエン/アク
リロニトリル共重合体、カルボキシル基末端ポリブタジ
エン、アクリロイルオキシ基末端ブタジエン/アクリロ
ニトリル共重合体などの反応性エラストマー、エポキシ
樹脂不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコ
ーン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエーテルスルホン、ポ
リエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可
塑性イミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイ
ミド等の熱可塑性樹脂を添加してもよい。熱可塑性樹脂
の添加量は30重量%以下にすることが好ましい。30
重量%を越えて用いた場合には系の粘度が高くなり過
ぎ、プリプレグ化時の含浸不良の原因となるだけでなく
プリプレグのタック特性、ドレープ特性低下の原因にも
なる。
Further, reactive elastomers such as a carboxyl group-terminated butadiene / acrylonitrile copolymer, a carboxyl group-terminated polybutadiene, and an acryloyloxy group-terminated butadiene / acrylonitrile copolymer, and thermosetting resins such as an epoxy resin unsaturated polyester resin, a phenol resin, and a silicone resin. A curable resin, a thermoplastic resin such as polyether sulfone, polyetherimide, polyetheretherketone, thermoplastic imide, polyester, polyamide, or polyamideimide may be added. It is preferable that the addition amount of the thermoplastic resin be 30% by weight or less. 30
When used in excess of the weight percentage, the viscosity of the system becomes too high, which causes not only impregnation failure during prepreg formation but also causes a reduction in tackiness and drape properties of the prepreg.

【0026】また微粉末シリカなどの無機質微粒子を少
量混合することも可能である。(A)の補強用繊維と
(C)のマトリックス樹脂の比率はその目的に応じて適
宜設定することが可能であるが重量比で (A)/(C)=60/40〜75/25 の範囲が特に好ましい。
It is also possible to mix a small amount of inorganic fine particles such as fine powder silica. The ratio of the reinforcing fiber of (A) to the matrix resin of (C) can be appropriately set according to the purpose, but the weight ratio of (A) / (C) = 60/40 to 75/25 A range is particularly preferred.

【0027】本発明における(B)の弾性率100GP
a以下の繊維状熱可塑性樹脂としては繊維状のポリアミ
ド、ポリエステルのほかポリエーテルイミド、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリ
アリールスルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどい
わゆるエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジ
ニアリングプラスチックを繊維状に賦形したものが好適
に用いられる。
The elastic modulus (B) of the present invention is 100 GP.
The following fibrous thermoplastic resins include fibrous polyamides and polyesters as well as so-called engineering plastics and super engineering plastics such as polyetherimide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polyarylsulfone, and polyetheretherketone. Is preferably used.

【0028】分子鎖中にアミノ基、フェノール性水酸
基、アミド基等マトリックス樹脂と反応しうる官能基を
有するものが好ましく、共重合等の手段により官能基を
末端あるいは分子鎖中に導入したエンジニアリングプラ
スチック、スーパーエンジニアリングプラスチックある
いはポリマーアロイ化したもの等が好適である。
It is preferable to have a functional group capable of reacting with a matrix resin such as an amino group, a phenolic hydroxyl group, or an amide group in the molecular chain, and an engineering plastic having a functional group introduced into the terminal or into the molecular chain by means such as copolymerization. , Super-engineered plastic or polymer alloy is preferred.

【0029】繊維状熱可塑性樹脂の形態としてはモノフ
ィラメントあるいはそれらを束にしたものが好ましいが
必ずしもそれらに限定されるものではない。繊維の直径
としては100μ以下が好ましく、50μ以下が好まし
い。複合材料の靱性の改善は、熱可塑性樹脂を粉末状で
樹脂中に添加することによっても達成可能であるが、熱
可塑性樹脂粉末を樹脂中に均一に分散あるいは溶解した
場合には、系全体の粘度上昇に伴うプリプレグ製造時の
工程通過性の低下あるいはプリプレグのタックレベルの
低下等の問題は避けられない。
The form of the fibrous thermoplastic resin is preferably a monofilament or a bundle thereof, but is not necessarily limited thereto. The diameter of the fiber is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. Improving the toughness of the composite material can also be achieved by adding the thermoplastic resin to the resin in powder form.However, when the thermoplastic resin powder is uniformly dispersed or dissolved in the resin, Problems such as a decrease in processability during prepreg production or a decrease in tack level of the prepreg due to an increase in viscosity are inevitable.

【0030】さらに例えば特開平1−110537号公
報には球状の微粒子をプリプレグの表面からプリプレグ
の厚さの30%以内の深さに局在化させることにより効
果的に複合材料の靱性が改善されることが開示されてい
るが、この場合でもプリプレグのタックの大幅な低下は
避けられないだけでなく、工程の複雑化、品質管理の複
雑化等の問題が更に発生する。
Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-110537 discloses that the toughness of the composite material is effectively improved by localizing spherical fine particles from the surface of the prepreg to a depth within 30% of the thickness of the prepreg. However, even in this case, a significant decrease in the tack of the prepreg is unavoidable, and further problems such as complicated processes and complicated quality control occur.

【0031】それに対して、本発明の繊維状の熱可塑性
樹脂を用いる方法は 1)少量の熱可塑性樹脂を表面に配置することができる 2)プリプレグのタックレベルのコントロールが容易で
ある 3)高粘度物を扱う必要がなく従来のプリプレグ製造プ
ロセスがそのまま利用できる 4)品質管理が容易である 等さまざまな特徴を有している。これらは従来の技術で
は得られない効果であり、本発明における繊維状の熱可
塑性樹脂を用いることにより、初めて得られる効果であ
る。
On the other hand, the method of using the fibrous thermoplastic resin of the present invention is as follows: 1) a small amount of thermoplastic resin can be arranged on the surface; 2) the tack level of the prepreg is easily controlled; There is no need to handle viscous materials and the conventional prepreg manufacturing process can be used as it is. 4) It has various features such as easy quality control. These are effects that cannot be obtained by the conventional technology, and are effects obtained only by using the fibrous thermoplastic resin in the present invention.

【0032】繊維状熱可塑性樹脂の比率は、(C)のマ
トリックス樹脂100重量部に対し0.5〜40重量部
が好ましい。0.5重量部未満では十分な靱性改良効果
が得られない。逆に40重量部を越すと熱可塑性樹脂を
用いても靱性改良効果は頭打ちになるばかりでなく、用
いる樹脂の種類によっては耐熱性、耐溶剤性などの特性
が大幅に低下するケースもあり好ましくない。
The ratio of the fibrous thermoplastic resin is preferably 0.5 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the matrix resin (C). If the amount is less than 0.5 part by weight, a sufficient toughness improving effect cannot be obtained. Conversely, if the amount exceeds 40 parts by weight, the effect of improving the toughness will not only reach a peak even if a thermoplastic resin is used, but also the properties such as heat resistance and solvent resistance will be greatly reduced depending on the type of the resin used. Absent.

【0033】本発明における繊維状熱可塑性樹脂はプリ
プレグ外表面付近に存在していることが重要である。プ
リプレグの中心部に完全に埋没した状態では十分な靱性
改良効果は得られない。しかしながら繊維状熱可塑性樹
脂がプリプレグ表面から完全に浮き出ている状態はやは
り好ましくなく、その大半が樹脂中に埋没していること
が好ましい。また繊維状熱可塑性樹脂は等間隔で一方向
に引揃えられた状態で存在するのがより好ましい。
It is important that the fibrous thermoplastic resin in the present invention exists near the outer surface of the prepreg. In the state of being completely buried in the center of the prepreg, a sufficient toughness improving effect cannot be obtained. However, it is not preferable that the fibrous thermoplastic resin is completely raised from the prepreg surface, and it is preferable that most of the fibrous thermoplastic resin is buried in the resin. Further, it is more preferable that the fibrous thermoplastic resin is present in a state of being aligned in one direction at equal intervals.

【0034】引揃え方向は特に制限はなく補強用繊維に
対してあらゆる角度で存在しうるが、補強用繊維と同じ
方向に引揃えるのがプロセス上最も容易である。補強用
繊維とマトリックス樹脂並びに繊維状熱可塑性樹脂から
このようなプリプレグを製造する方法に関しては特に制
限はなく、繊維状熱可塑性樹脂をあらかじめ引揃えて含
浸した樹脂フィルムと補強用繊維とから通常のプリプレ
グを製造するのと同様の方法でプリプレグ化する方法
や、通常の方法で製造したプリプレグに繊維状熱可塑性
樹脂を引揃えて一体化する方法等で製造できる。
The alignment direction is not particularly limited and may be present at any angle with respect to the reinforcing fiber, but it is easiest in the process to align in the same direction as the reinforcing fiber. There is no particular limitation on the method for producing such a prepreg from the reinforcing fiber and the matrix resin and the fibrous thermoplastic resin, and the resin film impregnated with the fibrous thermoplastic resin in advance and impregnated with the reinforcing fiber is usually used. The prepreg can be produced by a method similar to the method for producing a prepreg, a method in which a fibrous thermoplastic resin is aligned with a prepreg produced by a usual method, and integrated.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明のプリプレグから得られる成形物
は、マトリックス樹脂の優れた熱的性質、機械的性質を
損なうことなく優れた靱性が付与されたものであり、し
かも発生したクラックを伝播させにくい特性を有するた
め、航空機用構造材料等として好適に使用される。
The molded product obtained from the prepreg of the present invention is provided with excellent toughness without impairing the excellent thermal and mechanical properties of the matrix resin, and furthermore, the cracks generated can be propagated. Since it has difficult properties, it is suitably used as an aircraft structural material.

【0036】[0036]

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例1〜3 ビス(4−マレイミドフェニル)メタン、2,2−ビス
(4−シアナートフェニル)プロパン、エポキシ当量1
72のエピコート807 (油化シェル社製)及び酸成分
としてテレフタル酸、グリコール成分としてネオペンチ
ルグリコールから成る軟化点25℃のポリエステルを表
1に示す割合で混合し、更に酸化珪素微粉末アエロジル
380 (日本アエロジル社製)1.25部及び硬化触媒
としてジクミルパーオキサイド0.2部を加え、70℃
で30分間混合した樹脂組成物と高強度中弾性炭素繊維
(三菱レイヨン製、MR−50K,引張強度5600M
Pa,弾性率300GPa)とから一方向プリプレグを
ホットメルト法で製造した。
The present invention will be described in detail with reference to the following examples. Examples 1-3 Bis (4-maleimidophenyl) methane, 2,2-bis (4-cyanatophenyl) propane, epoxy equivalent 1
No. 72 Epicoat 807 (manufactured by Yuka Shell Co., Ltd.) and polyester having a softening point of 25 ° C. consisting of terephthalic acid as an acid component and neopentyl glycol as a glycol component are mixed at the ratio shown in Table 1, and further, aerosol 380 (micro silicon oxide powder) 1.25 parts of Nippon Aerosil Co., Ltd. and 0.2 part of dicumyl peroxide as a curing catalyst were added, and 70 ° C.
And high-strength medium elastic carbon fiber (Mitsubishi Rayon, MR-50K, tensile strength 5600M)
(Pa, elastic modulus 300 GPa) to produce a unidirectional prepreg by a hot melt method.

【0037】プリプレグのCF目付は145g/m2
樹脂含有率は34重量%であった。このプリプレグに見
掛けの太さ約40μの合糸されたナイロン12繊維(9
0d/36f)(弾性率約2GPa)を片面あたりの繊
維目付が3g/m2 となるようにフィラメントワインデ
ィング法でプリプレグ両面にCFと同方向に3.3mm
等間隔でワインドし、ナイロン12繊維の大半を軽くプ
リプレグ中に埋没させ本発明のプリプレグを製造した。
このプリプレグから所定の寸法の小片を切り出し(+4
5°/0°/−45°/90°)4Sに積層後、オート
クレーブ成形で衝撃後圧縮強度測定用の試験片を作成し
た。
The prepreg has a basis weight of 145 g / m 2 ,
The resin content was 34% by weight. Nylon 12 fibers (9) having an apparent thickness of about 40 μm were added to this prepreg.
0d / 36f) (elastic modulus of about 2 GPa) by 3.3 mm in the same direction as CF on both sides of the prepreg by the filament winding method so that the fiber basis weight per side is 3 g / m 2.
The prepreg of the present invention was manufactured by winding at equal intervals and burying most of the nylon 12 fibers lightly in the prepreg.
A small piece of a predetermined size is cut out from this prepreg (+4
(5 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °) After lamination to 4S, a test piece for measuring compressive strength after impact was prepared by autoclave molding.

【0038】硬化条件は180℃×2時間、5気圧とし
た。この試験片を用いてSACMA(Supplier
s of Advanced Composite M
aterials Association)Reco
mmended Method SRM2−88に準拠
して270 lb−inの衝撃後圧縮強度を測定し、表
1に示す結果を得た。
The curing conditions were 180 ° C. × 2 hours and 5 atm. Using this test piece, SACMA (Supplier
s of Advanced Composite M
materials Association) Reco
The compressive strength after impact of 270 lb-in was measured according to the mmend Method SRM2-88, and the results shown in Table 1 were obtained.

【0039】比較例1〜3 プリプレグの樹脂含有率が36重量%になるような樹脂
フィルムを用いる他は、実施例1〜3と同様にして一方
向プリプレグを製造した。このプリプレグを用いてナイ
ロン12繊維を付着させることなしに実施例1と同様に
評価した。結果は表1に併せ示した。
Comparative Examples 1 to 3 Unidirectional prepregs were produced in the same manner as in Examples 1 to 3, except that a resin film in which the resin content of the prepreg was 36% by weight was used. Using this prepreg, evaluation was made in the same manner as in Example 1 without attaching nylon 12 fibers. The results are shown in Table 1.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】実施例4 プリプレグの樹脂含有率を31重量%とし、ナイロン1
2繊維のかわりにポリエーテルイミド繊維(300d/
24f、弾性率約4GPa)を用い片面あたりの繊維目
付を8g/m2とする為、ワインド間隔を4.1mmと
する以外は実施例1と同様にプリプレグを製造し、衝撃
後の圧縮強度を測定した。得られた衝撃後圧縮強度は2
78MPaであった。
Example 4 A prepreg having a resin content of 31% by weight and nylon 1
Polyetherimide fiber ( 300 d /
Prepreg was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the wind spacing was 4.1 mm, and the compressive strength after impact was set to 24 g, using a modulus of elasticity of about 4 GPa) and a fiber weight per side of 8 g / m 2. It was measured. The resulting compression strength after impact is 2
It was 78 MPa.

【0042】実施例5 ポリエーテルイミド繊維のかわりにポリエーテルスルホ
ン(VICTREX5003)を繊維状に溶融賦形した
もの(250d/36f、弾性率約3GPa)を用い、
片面あたりの繊維目付を8g/m2 とする為、ワインド
間隔を3.5mmとする以外は、実施例4と同様にし衝
撃後の圧縮強度を測定した。得られた衝撃後圧縮強度は
240MPaであった。
[0042] Using those polyether sulfone (VICTREX5003) instead of Example 5 polyetherimide fibers were melt shaping into a fibrous (250d / 36f, elastic modulus about 3 GPa),
The compressive strength after impact was measured in the same manner as in Example 4, except that the fiber spacing per one side was 8 g / m 2 , except that the wind interval was 3.5 mm. The obtained compression strength after impact was 240 MPa.

【0043】実施例6 ポリエーテルイミド繊維のかわりにポリアリルサルホン
(RADEL A−200,アモコ社製)を繊維状に溶
融賦形したもの(300d50f,弾性率約3GP
a)を用い、その他は実施例4と同様にして衝撃後の圧
縮強度を測定した。得られた衝撃後圧縮強度は265M
Paであった。
Example 6 Polyarylsulfone (RADEL A-200, manufactured by Amoco) was melt-shaped into a fiber instead of polyetherimide fiber (300 d / 50 f, elastic modulus about 3 GP).
The compressive strength after impact was measured in the same manner as in Example 4 except for using a). The resulting compression strength after impact is 265M
Pa.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 多加志 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 加藤 武 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 後藤 和也 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 多田 尚 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 審査官 川上 美秀 (56)参考文献 特開 平3−221414(JP,A) 特開 平3−221413(JP,A) 特開 平3−221412(JP,A) 特開 平3−292111(JP,A) 特開 平3−292110(JP,A) 特開 昭60−212333(JP,A) 特開 平2−32843(JP,A) 特開 平3−253309(JP,A) 特開 平1−171852(JP,A) 特開 昭51−126260(JP,A) 高分子学会編、功刀利夫ら著「高分子 新素材OnePoint9 高強度・高 弾性率繊維」1988年5月20日初版、第2 −4頁、第46頁、共立出版 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/24 C08J 5/04 - 5/10 B29B 11/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Takashi Murata Inventor, 4-1-1 Sunadabashi, Higashi-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside the Mitsubishi Rayon Co., Ltd. (72) Takeshi Kato 4-1-1 Sunadabashi, Higashi-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture No. 60 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Product Development Research Center (72) Inventor Kazuya Goto 1-60 Sunadabashi 4-chome, Higashi-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Product Development Research Laboratory (72) Inventor Takashi Tada Nagoya City, Aichi Prefecture 4-61-60, Sunadabashi, Ward Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Product Development Laboratory Inspector Yoshihide Kawakami (56) References JP-A-3-221414 (JP, A) JP-A-3-221413 (JP, A) JP-A-3-221412 (JP, A) JP-A-3-292111 (JP, A) JP-A-3-292110 (JP, A) JP JP-A-2-32843 (JP, A) JP-A-3-253309 (JP, A) JP-A-1-171852 (JP, A) JP-A-51-126260 (JP, A) A) The Polymer Society of Japan, edited by Toshio Kotogi et al., “New Polymer OnePoint 9, High Strength and High Modulus Fiber,” May 20, 1988, first edition, pages 2-4, page 46, Kyoritsu Shuppan (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) C08J 5/24 C08J 5/04-5/10 B29B 11/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (A)弾性率 200GPa以上の補強
用繊維 (B)弾性率 100GPa以下の繊維状熱可塑性樹脂 (C)多官能性マレイミド(I)および多官能性シアン
酸エステルまたはそのオリゴマー(II)の混合物あるい
は(I)と(II)の予備反応物を主成分とするマトリッ
クス樹脂 からなる繊維強化複合材料用プリプレグにおいて、
(A),(B),(C)各成分の比率が下記の範囲内に
あり、かつ(B)の繊維状熱可塑性樹脂がその外表面に
存在していることを特徴とするプリプレグ。 (A)/(C)=60/40〜75/25 (重量比) (B)/(C)=0.5/100〜40/100 (重量比)
(A) a reinforcing fiber having an elastic modulus of 200 GPa or more; (B) a fibrous thermoplastic resin having an elastic modulus of 100 GPa or less; (C) a polyfunctional maleimide (I) and a polyfunctional cyanate ester or an oligomer thereof ( In a prepreg for a fiber-reinforced composite material comprising a matrix resin containing a mixture of II) or a pre-reacted product of (I) and (II) as a main component,
A prepreg characterized in that the ratio of each of the components (A), (B) and (C) is within the following range, and the fibrous thermoplastic resin of (B) is present on the outer surface thereof. (A) / (C) = 60 / 40-75 / 25 (weight ratio) (B) / (C) = 0.5 / 100-40 / 100 (weight ratio)
【請求項2】 (A)が引張強度3500MPa以上の
炭素繊維あるいは黒鉛繊維であることを特徴とする請求
項1記載のプリプレグ。
2. The prepreg according to claim 1, wherein (A) is a carbon fiber or a graphite fiber having a tensile strength of 3500 MPa or more.
【請求項3】 (B)が熱可塑性樹脂のモノあるいはマ
ルチフィラメントであることを特徴とする請求項1記載
のプリプレグ。
3. The prepreg according to claim 1, wherein (B) is a mono- or multi-filament of a thermoplastic resin.
【請求項4】 (B)の繊維状熱可塑性樹脂が一方向に
一定間隔でその外表面に埋めこまれていることを特徴と
する請求項1記載のプリプレグ。
4. The prepreg according to claim 1, wherein the fibrous thermoplastic resin (B) is embedded in the outer surface thereof at a certain interval in one direction.
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