JP5272418B2 - 切込プリプレグ基材、複合切込プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック、および切込プリプレグ基材の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材であって、該プリプレグ基材の全面に強化繊維となす角度Θの絶対値が2〜25°の範囲内の切り込みを有し、実質的にすべての強化繊維が前記切り込みにより分断され、前記切り込みにより分断された強化繊維の繊維長さLが10〜100mmの範囲内であり、前記プリプレグ基材の厚みHが30〜300μmであり、繊維体積含有率Vfが45〜65%の範囲内である切込プリプレグ基材。
所定の基材を、300×300mmの金型上に配置した後、加熱型プレス成型機により、6MPaの加圧下、150℃の温度雰囲気で所定の時間で流動・成形せしめ、300×300mmの平板状の成形体を得た。
得られた平板状の成形体より、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの引張強度試験片を切り出した。JIS K−7073(1998)に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定した試験片の数はn=5とし、平均値を引張強度とした。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数(CV値(%))を算出した。
得られた平板状の成形体の性状より、流動性とソリを評価した。
流動性に関しては、基材を伸長して成形するにあたり、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されており、最表層に配された基材も金型端部付近まで伸長している場合には流動性○、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されているものの、最表層に配された基材がほとんど伸長していない場合には流動性△、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されていない部位がある場合には流動性×、として評価した。
ソリに関しては、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台と全面で接触している場合にはソリ○、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台とが全面で接触しておらず、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と全面で接触する場合にはソリ△、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と接触していない部分がある場合にはソリ×と評価して、表1〜9にまとめた。
(実施例1)
エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート(登録商標)”828:30重量部、“エピコート(登録商標)”1001:35重量部、“エピコート(登録商標)”154:35重量部)に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール(チッソ(株)製“ビニレック(登録商標)”K)5重量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化剤ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン(株)製DICY7)3.5重量部と、硬化促進剤3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(保土谷化学工業(株)製DCMU99)4重量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いてシリコーンコーティング処理された厚さ100μmの離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。次に、一方向に配列させた炭素繊維(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa)の両面に樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させ、単位面積あたりの炭素繊維重さ125g/m2、繊維体積含有率Vf55%、厚み0.125mmのプリプレグ基材を作製した。
切り込みの入れ方以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1と同様にして得たプリプレグ基材を、自動裁断機を用いて図4d)に示すような繊維から±10°の方向の直線的な切り込みを全面に断続的に挿入した後、炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)に、それぞれ300×300mmの大きさに切り出し、等間隔で規則的な切り込みを有する切込プリプレグ基材を得た。切り込みの繊維の垂直方向に投影した投影長さWsが10mm(実際の切り込み長さは57.6mm)で、図2のように隣接する切り込みによって繊維長さL以下(本実施例では15mm程度)に分断される部位があった。
切り込みの入れ方以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1と同様にして得たプリプレグ基材を、自動裁断機を用いて図4e)に示すような繊維から10°の方向の直線的な切り込みを全面に断続的に挿入した後、炭素繊維の配向方向(0°方向)と、炭素繊維の配向方向から右に45度ずらした方向(45°方向)に、それぞれ300×300mmの大きさに切り出し、等間隔で規則的な切り込みを有する切込プリプレグ基材を得た。切り込みの繊維の垂直方向に投影した投影長さWsが10mm(実際の切り込み長さは57.6mm)で、図2のように隣接する切り込みによって繊維長さL以下(今回は15mm程度)に分断される部位があった。
(実施例4)
硬化促進剤を2,4−トルエンビス(ジメチルウレア)(ピイ・ティ・アイジャパン(株)製“オミキュア(登録商標)”24)5重量部に替えた以外は実施例1と同様に、切込プリプレグ基材、それを用いた積層基材を作製した。かかる積層基材を、加熱型プレス成形機の加圧時間(硬化時間)だけを3分に替えた以外は実施例1と同様の方法で繊維強化プラスチックを得た。加圧時間が実施例1の1/10であるにもかかわらず、ほぼ同等のガラス転移温度を示し、該エポキシ樹脂組成物は、速硬化性に優れることがわかった。
硬化促進剤を4,4−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)(ピイ・ティ・アイジャパン(株)製“オミキュア(登録商標)”52)7重量部に替えた以外は実施例4と同様の方法で繊維強化プラスチックを得た。加圧時間が実施例1の1/10であるにもかかわらず、ほぼ同等のガラス転移温度を示し、未硬化のエポキシ樹脂組成物は、速硬化性に優れることがわかった。
共重合ポリアミド樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM4000、ポリアミド6/66/610共重合体、融点155℃)のペレットを、200℃で加熱したプレスで34μm厚みのフィルム状に加工した。離型紙を用いなかった他は実施例1と同様にして、切込プリプレグ基材を作成した。ポリアミド樹脂の25℃雰囲気下における粘度は固体であるため測定不可能であり、該基材はタック性がなかった。実施例1と同様に裁断後、タック性がないので単に16層を疑似等方([−45/0/+45/90]2S)に重ね、そのまま、300×300mmのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した。加熱型プレス成形機により、6MPaの加圧のもと、200℃×1分間の条件で流動せしめ、型を開けることなく、冷却した後、脱型して、300×300mmの平板状の繊維強化プラスチックを得た。
ランダム共重合PP樹脂(プライムポリマー(株)製J229E,融点155℃)55重量%と酸変性PP系樹脂(三洋化成(株)製ユーメックス1010、酸価約52、融点142℃、重量平均分子量30,000)45重量%とを、日本製鋼所(株)製2軸押出機(TEX−30α2)を用い、200℃で溶融混練したペレットを、200℃で加熱したプレスで34μm厚みのフィルム状に加工した。以降、実施例6と同様にして、繊維強化プラスチックを得た。
実施例1と同様に樹脂フィルムを作成した。次に、一方向に配列させたガラス繊維(引張強度1,500MPa、引張弾性率74GPa)の両面に樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させ、ガラス繊維重さ175g/m2、繊維体積含有率Vf55%、厚み0.125mmの切込プリプレグ基材を作製した。以後、実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。
(実施例9〜12)
切り込みの角度を変えた他は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例9は繊維からの角度が2°、実施例10は5°、実施例11は15°、実施例12は25°の方向に連続的な切り込みを設けた。
(実施例13〜15)
切り出す切込プリプレグ基材の大きさが異なる以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。切り出す切込プリプレグ基材の大きさは、実施例13では212×212mm、実施例14では285×285mm、実施例15では300×300mm、とした。それぞれ実施例13がチャージ率50%、実施例14が90%、実施例15が100%に相当する。
(実施例16〜18)
実施例1の切り込みパターンにおいて、切り込みの間隔を変えることにより繊維長さLを変えた以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれLは、実施例16では10mm、実施例17では60mm、実施例13では100mmとした。
(実施例19〜21)
実施例3の切り込みパターンにおいて、自動裁断機の代わりに、円柱状の金属を削りだし円周上に複数の刃を設けて回転ローラーとし、プリプレグ基材に押し当てて繊維から10°の方向の直線的な切り込みを入れることで、切り込みの長さを変えた以外は実施例3と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ切り込みの繊維の垂直方向に投影した投影長さWsは実施例19では17μm、実施例20では30μm、実施例21では170μmとした。実際の切り込みの長さはそれぞれ、実施例19では0.1mm、実施例20では0.17mm、実施例21では1mmとなった。
実施例3の切り込みパターンにおいて、切り込みの長さが異なる以外は実施例3と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ切り込みの繊維の垂直方向に投影した投影長さWsは実施例22では1mm、実施例23では1.5mm、実施例24では100mm、実施例25では120mmとした。実際の切り込みの長さはそれぞれ、実施例22では5.8mm、実施例23では8.6mm、実施例24、25では実質的に用意した300×300mmの切込プリプレグ基材に収まらない大きな切り込みであり、切り込みの一方の端部が内在するほとんど連続の切り込み状となった。
(実施例26、27)
実施例1のプリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより切込プリプレグ基材厚みを変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例26が単位面積あたりの炭素繊維重さが50g/m2、切込プリプレグ基材厚みが0.05mm、実施例27が300g/m2、0.3mmとした。
(実施例28、29)
実施例1のプリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより炭素繊維の体積含有率Vfを変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例28が単位面積あたりの炭素繊維重さが146g/m2、Vfが65%、実施例29が101g/m2、Vfが45%とした。
(実施例30、31)
実施例30は実施例1の積層構成を変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を16層クロスプライに積層した、[0/90]4sの積層基材を用いた。実施例31は実施例1のプリプレグ基材と、切り込みを入れた後の切込プリプレグ基材を取り合わせて積層した以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。切り込みのない連続繊維のみで構成されたプリプレグ基材8層と切り込みを入れた切込プリプレグ基材8層とを交互にクロスプライに積層した、[0/C90]4s(Cは連続繊維のみで構成されたプリプレグ基材をさす)の積層基材を用いた。
実施例32は実施例1の積層構成を変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を12層擬似等方に積層した、[60/0/−60]2sの積層基材を用いた。実施例33は実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材に加え、その層間に実施例1のエポキシ樹脂フィルムを転写させた樹脂層を挿入した以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を16層擬似等方に積層する際、樹脂層を設け、[45/R/0/R/-45/R/90/R]2s(Rは樹脂層をさす)の積層基材を用いた。最終的にVfは49%となった。実施例34は実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材に加え、最表層に実施例1と同様のエポキシ樹脂を含浸したVf55%の層厚み250μmの平織プリプレグ基材を配した以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を16層擬似等方に積層し、さらに最表層に繊維方向が0°と90°に配向した前記平織プリプレグ基材を積層した、[WF0/45/0/-45/90]2s(WFは平織プリプレグ基材をさす)の積層基材を用いた。
実施例1と同様に樹脂フィルムを作製し、実施例1と同様に一方向に配列させた炭素繊維の両面に樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧する際、樹脂が完全に炭素繊維内に含浸していない状態で単位面積あたりの炭素繊維重さ125g/m2、繊維体積含有率Vf55%の半含浸プリプレグ基材を作製した。この半含浸プリプレグ基材に実施例1と同様に図1に示すような切り込みを挿入した。得られた切込プリプレグ基材は、厚み方向中央部には樹脂の含浸していない領域があるものの、切り込みにより毛羽立ったり、分離したりすることなく、実施例1と同様に十分な取り扱い性を保っていた。さらに実施例1と同様に、積層、成形して繊維強化プラスチックを得た。
(実施例36〜38)
実施例1のプリプレグ基材に切り込みを入れる工程において、プリプレグ基材の上面と下面とのそれぞれから層の厚み方向に貫かない切り込みを入れる以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。図8に示した、所定の長さ露出した螺旋状の刃が設けられた回転ローラーを、プリプレグ基材の上面、下面の順で押し当ててプリプレグ基材の層の厚み方向に貫かない切り込みを入れた。切込プリプレグ基材上面に入った切り込みをU、下面をDとすると、実施例36におけるUの切り込みの深さHs,uは35μm(0.28H、ただしHは切込プリプレグ基材厚み)、Dの切り込みの深さHs,dが100μm(0.8H)、実施例37におけるUの切り込みの深さHs,uは55μm(0.44H)、Dの切り込みの深さHs,dが75μm(0.6H)、実施例38はU、Dともに切り込みの深さHs(=Hs,d、Hs,u)が67μm(0.54H)の深さとした。上面の切り込み角度は10°、下面の切り込み角度は−10°であった。切込プリプレグ基材の繊維は上下の切り込みによって分断されすべて繊維長が30mm以下となっていた。
実施例1の切込プリプレグ基材を用いて、上面と下面で切り込み角度が繊維方向に対して10°と−10°となるように積層して2層積層基材を得た。こうして得た2層積層基材を1層分の切込プリプレグ基材として、実施例1と同様に積層、成形して繊維強化プラスチックを得た。2層積層基材を1層の切込プリプレグ基材としてみると、U、DのHsはともに125μm(0.5H)の深さである。
(実施例40〜44)
実施例1のプリプレグ基材に切り込みを入れた後、切込プリプレグ基材の厚み方向にせん断力を加え、切り込みを斜めにする以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。実施例1のように層の厚み方向を貫く切込プリプレグ基材に鉛直な切り込みを入れた後、切込プリプレグ基材を60℃で加熱・軟化させた状態で、上面と下面とで回転速度の異なるニップローラーを押し当て、せん断力によって、強化繊維の分断面を厚み方向に斜めにした。図12のように、切込プリプレグ基材の上面における強化繊維の分断線と下面における分断線との繊維方向の距離24をせん断距離Sとすると、250×250mmに切り出した切込プリプレグ基材上で5ヶ所の切り込み部においてせん断距離Sを測定し、平均したものを(式1)に代入して切り込みのなす角26、すなわち切り込みの傾き角度θを算出した。実施例40はせん断距離Sが12.5mm、切り込みの傾き角度θが0.6°、実施例41はSが6.25mm、θが1.1°、実施例42はSが1mm、θが7.1°、実施例43はSが0.5mm、θが1.4mm、実施例44はSが0.25mm、θが27°とした。
(実施例45)
追加樹脂として、共重合ポリアミド樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM4000、ポリアミド6/66/610共重合体、融点155℃)のペレットを、メルトブローにより単位面積あたりの樹脂重量30g/m2となる不織布を作成した。ポリアミド樹脂の25℃雰囲気下における粘度は固体であるため測定不可能であり、該不織布基材はタック性がなかった。得られた不織布基材を0.2mm幅の帯状に裁断した後、実施例1と同様の切込プリプレグ基材の両面にすべての連続的な切り込みを覆うように、切り込みが帯状の不織布基材の幅中心になるよう(繊維方向に±0.1mm)、配置した。エポキシ樹脂のタックにより、押圧するだけで、不織布基材が切込プリプレグ基材に付着した。こうして得られた複合切込プリプレグ基材全体の繊維体積含有率Vfは53%相当となった。この複合切込プリプレグ基材を積層、成形して、繊維強化プラスチックを得た。
なお、この複合切込プリプレグ基材を1層のみ、そのまま圧力も加えずオーブン内で130℃×2時間で硬化させ、断面を切り出したところ、追加樹脂層がない部位の層厚みは平均125μmに対して、追加樹脂層が両面に存在する部位の層厚みは、追加樹脂層が不織布であることから均一な厚みではないものの、平均175μmであった。追加樹脂層が両面に存在する部位を繊維方向に垂直な面で切り出し、光学顕微鏡により観察すると、切込プリプレグ基材の層表面から10μm程度の深さに追加樹脂層が強化繊維周りに存在することが確認されたが、断面図における追加樹脂層の占める面積全体から比較すると10%を越えることなく、実質的に追加樹脂層は切込プリプレグ基材の層内に入り込んでおらず、また、追加樹脂層の厚みは平均25μm程度であることがわかった。
追加樹脂である不織布基材の付与面積が異なる他は実施例45と同様にして繊維強化プラスチックを得た。テープ状の不織布基材を裁断する際、実施例46が3mm幅、実施例47が20mm幅とし、切り込みが不織布テープで覆われるように切込プリプレグ基材上に、切り込みがテープ状の不織布基材の幅中心になるよう配置した。具体的には切り込みから不織布基材の幅端部までの距離が、実施例46が繊維方向に±1.5mm、実施例47が繊維方向に±10mmとなるよう、配置した。実施例45と同様に、追加樹脂層は層状に配置されており、切込プリプレグ基材の層内に入り込んでいないことが確認され、平均で25μm程度の厚みであった。
実施例45と同様にして得た追加樹脂である不織布基材を、実施例1の切込プリプレグ基材の両面の全面に付与した以外は実施例1と同様にして、繊維強化プラスチックを得た。実施例45と同様に、追加樹脂層は層状に配置されており、切込プリプレグ基材の層内に入り込んでいないことが確認され、平均で25μm程度の厚みであった。
(参考例1、2)
実施例1の積層構成を変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。参考例1では実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を8層同方向に積層した[0]8の積層基材を用いた。参考例2では実施例1の切り込みを入れた切込プリプレグ基材を16層積層した[0/45]4sの積層基材を用いた。
(比較例1)
プリプレグ基材に切り込みを入れなかった他は、実施例1と同様とした。
実施例1と同様のエポキシ樹脂組成物を厚めに塗布した樹脂フィルムを作成した。次に、長さ25mmにカットされた炭素繊維束(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa、12,000本)を単位面積あたりの重量が125g/m2になるよう均一に樹脂フィルム上に落下、散布した。さらにもう一枚の樹脂フィルムを被せて、カットされた炭素繊維を挟んだ後、カレンダーロールを通過させ、繊維体積含有率Vf55%のSMCシートを作製した。このSMCシートを250×250mmに切り出し、16層積層して、積層基材を得た後、実施例1と同様に成形し、繊維強化プラスチックを得た。
マトリックス樹脂としてビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、デラケン790)を100重量部、硬化剤としてtert−ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、パーブチルZ)を1重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛(堺化学工業(株)製、SZ−2000)を2重量部、増粘剤として酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、MgO#40)を4重量部用いて、それらを十分に混合撹拌し、樹脂ペーストを得た。樹脂ペーストをドクターブレードを用いて、ポリプロピレン製の離型フィルム上に塗布した。その上から、比較例2と同様の長さ25mmにカットされた炭素繊維束を単位面積あたりの重量が500g/m2になるよう均一に落下、散布した。さらに、樹脂ペーストを塗布したもう一方のポリプロピレンフィルムとで樹脂ペースト側を内にして挟んだ。炭素繊維のSMCシートに対する体積含有量は40%とした。得られたシートを40℃にて24時間静置することにより、樹脂ペーストを十分に増粘化させて、SMCシートを得た。このSMCシートを250×250mmに切り出し、4層積層して、積層基材を得た後、実施例1と同様に成形し、繊維強化プラスチックを得た。
比較例3と同様に樹脂ペーストを作成してポリプロピレンフィルム上に樹脂ペーストを塗布した後、長さ25mmにカットされたガラス繊維束(引張強度1,500MPa、引張弾性率74GPa、800本)を単位面積あたりの重量が700g/m2になるよう均一に落下、散布した。以後、比較例3と同様に、繊維強化プラスチックを得た。
(比較例5、6)
切り込みの角度を変えたほかは実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。比較例5は繊維からの角度が1°、比較例6は45°の方向に連続的な切り込みを設けた。
切り込みの角度を90°としたほかは実施例3と同様にして繊維強化プラスチックを得た。切り込みのパターンは図3のa)のとおりであり、切り込みの長さは10mmであり、繊維長さLは30mmである。隣り合う切り込みの列は繊維直交方向に10mmずれている。すなわち、切り込みの列のパターンは2パターンである。さらに、隣り合う列の切り込みが互いに切り込んでいる。
(比較例8、9)
実施例1の切り込みパターンにおいて、切り込みの間隔を変えることにより繊維長さLを変えた以外は、実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれLは、比較例8では7.5mm、比較例9では120mmとした。
(比較例10、11)
実施例1のプリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより切込プリプレグ基材厚みを変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ比較例10が単位面積あたりの炭素繊維重さが25g/m2、切込プリプレグ基材厚みが0.025mm、比較例11が400g/m2、0.4mmとした。
(比較例12、13)
実施例1の切込プリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより炭素繊維の体積含有率Vfを変えた以外は実施例1と同様にして繊維強化プラスチックを得た。それぞれ比較例12が単位面積あたりの炭素繊維重さが158g/m2、Vfが70%、比較例13が90g/m2、Vfが40%とした。
2:繊維直交方向
3:強化繊維
4:強化繊維の不連続端(切り込み)
4a:連続的な切り込み
4b(4b1,4b2):断続的な切り込み
4c:上層の切り込み
4d:下層の切り込み
4e:層の厚み方向に貫かない切り込み
4f:厚み方向に斜めの切り込み
5:切り込みと繊維方向のなす角度Θ
6:繊維方向に対になる切り込みで分断された繊維長さL
7:切込プリプレグ基材
8:切り込み同士で互いに切り込んだ幅
9:切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWs
10:積層基材
11:繊維強化プラスチック
12:短繊維層
13:強化繊維の存在しない領域(切り込み開口部)
14:隣接層
15:繊維束端部
16:樹脂リッチ部
17:層うねり
18:強化繊維の回転
19:回転ローラー
20:螺旋状の刃
21:2層基材
22:切込プリプレグ基材厚み
23:上面下面の切り込み同士で互いに切り込んだ厚み方向の幅
24:せん断距離S
25:平均繊維分断線
26:切り込みの傾き角度θ
27:複合切込プリプレグ基材
28:追加樹脂
29:切り込みを挿入する押し切り刃
30:端部処理用の回転刃
31:プリプレグ基材(もしくは繊維束)を配置する移動ヘッド
32:切り込みを挿入する回転刃
33:プリプレグ基材長手方向
34:プリプレグ基材幅方向
Claims (19)
- 一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材であって、該プリプレグ基材の全面に強化繊維となす角度Θの絶対値が2〜25°の範囲内の切り込みを有し、実質的にすべての強化繊維が前記切り込みにより分断され、前記切り込みにより分断された強化繊維の繊維長さLが10〜100mmの範囲内であり、前記プリプレグ基材の厚みHが30〜300μmであり、繊維体積含有率Vfが45〜65%の範囲内である切込プリプレグ基材。
- 前記切り込みが直線状に入っている請求項1に記載の切込プリプレグ基材。
- 前記切り込みにより分断された強化繊維のすべてが実質的に一定の繊維長さLである請求項1または2に記載の切込プリプレグ基材。
- 前記切り込みが連続して入れられている請求項1〜3のいずれかに記載の切込プリプレグ基材。
- 前記切り込みが、強化繊維の垂直方向に投影した投影長さWsが30μm〜100mmの範囲内である断続的な切り込みであり、前記切り込みと前記切り込みを繊維長手方向に隣接した切り込みの幾何形状が同一である請求項1〜3のいずれかに記載の切込プリプレグ基材。
- 前記投影長さWsが30μm〜1.5mmの範囲内である請求項5に記載の切込プリプレグ基材。
- 前記投影長さWsが1〜100mmの範囲内である請求項5に記載の切込プリプレグ基材。
- 前記切込プリプレグ基材が炭素繊維と熱硬化性樹脂とから構成される請求項1〜7のいずれかに記載の切込プリプレグ基材。
- 前記切り込みが、前記切込プリプレグ基材の上面と下面とのそれぞれから層を厚み方向に貫かずに設けられ、切り込みの深さHsが前記切込プリプレグ基材厚みHに対して0.4H〜0.6Hの範囲内であり、上面の切り込みと下面の切り込みとがそれぞれ0.01H〜0.1Hの範囲内で互いに切り込んでおり、上面の任意の切り込みAと繊維方向のなす角度Θaに対して、該切り込みAと交わる下面の切り込みBの繊維方向とのなす角度Θbが−Θa−5°〜−Θa+5°である請求項1〜8のいずれかに記載の切込プリプレグ基材。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の切込プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に層状の追加樹脂層を有し、該追加樹脂層の厚みが強化繊維の短繊維直径以上であり、かつ、切込プリプレグ基材の厚みの0.5倍以下の範囲内であり、該追加樹脂層が前記マトリックス樹脂より引張伸度が高く、形態がフィルム状または不織布状である、複合切込プリプレグ基材。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の切込プリプレグ基材の少なくとも一方の表面に、前記マトリックス樹脂より引張伸度が高い追加樹脂が、前記切込プリプレグ基材厚みHに対して前記切り込みから繊維方向の両方向にH〜100Hの範囲内に、強化繊維により形成される層内に入りこまずに前記切込プリプレグ基材表面上に層状に配置されており、前記追加樹脂の形態がフィルム状または不織布状である、複合切込プリプレグ基材。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の切込プリプレグ基材を2層積層し、該2層基材の上層の任意の切り込みCと交わる下層の切り込みDの交差角度が4〜90°の範囲内である積層基材。
- 請求項1〜12にいずれか記載の切込プリプレグ基材を少なくとも一部に有してなる積層基材であって含む、強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材が複数枚積層され、前記強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材が該プリプレグ基材の繊維方向が少なくとも2方向以上に配向して一体化されている積層基材。
- 前記積層基材が請求項1〜12にいずれか記載の切込プリプレグ基材のみからなり、前記切込プリプレグ基材が擬似等方に積層されてなる積層基材。
- 請求項14または15の積層基材を成形して得られた、繊維強化プラスチック。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の切込プリプレグ基材の製造方法であって、強化繊維を一方向に引き揃えてマトリックス樹脂を含浸して予備プリプレグ基材を準備し、予備プリプレグ基材に、螺旋状に刃をローラー上に配置した回転刃ローラーを押し当てて切り込みを入れる、切込プリプレグ基材の製造方法。
- 請求項10に記載の切込プリプレグ基材の製造方法であって、強化繊維を一方向に引き揃えてマトリックス樹脂を含浸して予備プリプレグ基材を準備し、予備プリプレグ基材に、螺旋状に刃をローラー上に配置した回転刃ローラーを上面または下面のいずれか一方から押し当てて切込プリプレグ基材の層の厚み方向に貫かない切り込みを入れ、しかる後に、前記回転刃ローラーを下面または上面のいずれか一方から押し当てて切込プリプレグ基材の厚み方向に層の厚み方向に貫かない切り込みを入れる、切込プリプレグ基材の製造方法。
- 強化繊維とマトリックス樹脂とから構成される複数層の積層構造を有する繊維強化プラスチックの製造方法であって、請求項14または15の積層基材をチャージ率が50〜95%の範囲内で加圧成形し、最外層において、前記切り込み開口部の面積を実質的に0とする、繊維強化プラスチックの製造方法。
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