JP5929046B2 - Carbon fiber fabric prepreg and carbon fiber reinforced composite material - Google Patents

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Description

本発明は、航空宇宙用途、自動車用途、船舶用途、およびスポーツ・一般産業用途に好適に用いられる繊維強化複合材料およびこれを得るためのプリプレグに関するものである。より詳しくは、安定した導電性を示す繊維強化複合材料であって、かつ優れた環境疲労特性を有する、特に2軸以上の織物基材を用いたプリプレグならびに繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention relates to a fiber-reinforced composite material suitably used for aerospace applications, automobile applications, marine applications, sports and general industrial applications, and a prepreg for obtaining the same. More particularly, the present invention relates to a prepreg and a fiber reinforced composite material that are fiber reinforced composite materials exhibiting stable conductivity and that have excellent environmental fatigue characteristics, in particular using biaxial or higher woven fabric substrates.

ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維と、マトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、競合する金属などに比べて軽量でありながら、強度、弾性率などの機械特性に優れるため、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材、スポーツ用品などの多くの分野に用いられている。特に高性能が要求される用途においては、強化繊維としては比強度、比弾性率に優れた炭素繊維が多く用いられている。また、マトリックス樹脂としては不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられることが多く、中でも炭素繊維との接着性に優れたエポキシ樹脂が多く用いられている。また、高性能が要求される用途では、連続繊維を用いた繊維強化複合材料が用いられ、構造体を作成する中間基材として、強化繊維と未硬化の熱硬化性樹脂を組み合わせたプリプレグが広く利用されている。   Fiber reinforced composite materials made of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, etc. and matrix resin are lightweight compared to competing metals, etc., but have excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus. It is used in many fields such as spacecraft members, automobile members, ship members, civil engineering and building materials, and sports equipment. Particularly in applications where high performance is required, carbon fibers excellent in specific strength and specific elastic modulus are often used as reinforcing fibers. In addition, thermosetting resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, phenol resins, cyanate ester resins, and bismaleimide resins are often used as matrix resins, with excellent adhesion to carbon fibers. Many epoxy resins are used. In applications where high performance is required, fiber reinforced composite materials using continuous fibers are used, and prepregs that combine reinforced fibers and uncured thermosetting resins are widely used as intermediate substrates for creating structures. It's being used.

航空機や自動車などの輸送機用途や、風車等の大型の構造材用途は、炭素繊維強化複合材料の比強度、比弾性率の高さが効果的に発揮される用途の1つである。これらの用途においては、温度変化、風雨、落雷などの苛酷な自然環境による損傷、劣化への対策が重要と考えられ、いろいろな方法が考えられてきている。   Transport aircraft applications such as aircraft and automobiles, and large structural material applications such as windmills are one of the applications in which the high specific strength and high specific modulus of the carbon fiber reinforced composite material are effectively exhibited. In these applications, measures against damage and deterioration due to severe natural environments such as temperature changes, wind and rain, and lightning strikes are considered important, and various methods have been considered.

炭素繊維強化複合材料は、炭素繊維を絶縁性が一般に高いマトリックス樹脂と組み合わせて用いているため、電気伝導性は金属材料に比べて低く、落雷によって大きな電流が発生した場合に電流を瞬時に拡散できない。したがって、炭素繊維強化複合材料を用いた構造材においては、従来の金属材料を用いた場合に比べ、落雷を受けた際に構造材への損傷が大きくなる可能性がある。また、航空機などに用いた場合は、落雷によって燃料に引火したり、内部の電子機器に悪影響が及んだりする可能性がある。この様な問題を解決するために、強化繊維と金属メッシュを組み合わせたプリプレグ(例えば特許文献1)や、金属線の編み込まれた炭素繊維織物をマトリックス樹脂と組み合わせたプリプレグを用いた繊維強化複合材料で構造体を作成する方法(例えば特許文献2)が知られている。   Carbon fiber reinforced composite materials use carbon fibers in combination with a matrix resin that generally has high insulation properties, so electrical conductivity is lower than that of metal materials. When a large current is generated by a lightning strike, the current is instantly diffused. Can not. Therefore, in a structural material using a carbon fiber reinforced composite material, there is a possibility that damage to the structural material may increase when a lightning strike occurs, compared to the case where a conventional metal material is used. In addition, when used in an aircraft or the like, there is a possibility that lightning will ignite the fuel or adversely affect internal electronic devices. In order to solve such a problem, a fiber reinforced composite material using a prepreg (for example, Patent Document 1) in which a reinforcing fiber and a metal mesh are combined, or a prepreg in which a carbon fiber woven metal wire is combined with a matrix resin. A method of creating a structure by using a method (for example, Patent Document 2) is known.

一方、温度変化においては、例えば民間航空機においては、上空での飛行中と地上滞在時で大きく異なる温度環境にさらされる。すなわち、上空では約−50℃の極低温下であるが、地上滞在時は地域により70℃以上まで達する。離着陸を繰り返すたびに、航空機はこのような極低温と高温への昇降温に繰り返しさらされる。この様な環境において、炭素繊維をマトリックス樹脂と組み合わせた複合材料では、炭素繊維の線膨張係数が非常に小さいため炭素繊維とマトリックス樹脂間には大きな線膨張係数差が存在し、温度変化による膨張・収縮によってマトリックス樹脂にひずみ、すなわち熱ひずみが加わる。熱ひずみによって、繊維強化複合材料中の樹脂部分に数十〜数百μm程度の微小なクラック(マイクロクラック)が発生する場合がある。高温から低温までの温度変化(以下熱サイクルと表すこともある)による負荷が繰り返しさらされると、前記のようなマイクロクラックが発生しやすい(例えば非特許文献1)。マイクロクラックが発生した状態でさらに環境疲労が加わると、マイクロクラックはより大きなクラックに成長し、そのクラックによって繊維強化複合材料の機械物性が低下する可能性がある。   On the other hand, in a temperature change, for example, a commercial aircraft is exposed to a temperature environment that is greatly different between flying in the sky and staying on the ground. In other words, it is at an extremely low temperature of about −50 ° C. in the sky, but reaches 70 ° C. or more depending on the area when staying on the ground. Each time it takes off and landing, the aircraft is repeatedly exposed to these extremely low and high temperatures. In such an environment, in a composite material in which carbon fiber is combined with a matrix resin, the linear expansion coefficient of carbon fiber is very small, so there is a large difference in linear expansion coefficient between carbon fiber and matrix resin, and expansion due to temperature changes.・ Strain, that is, thermal strain is applied to the matrix resin due to the shrinkage. Due to thermal strain, a fine crack (microcrack) of about several tens to several hundreds of μm may occur in the resin portion in the fiber reinforced composite material. When a load due to a temperature change from a high temperature to a low temperature (hereinafter sometimes referred to as a thermal cycle) is repeatedly exposed, the above-described microcracks are likely to occur (for example, Non-Patent Document 1). When environmental fatigue is further applied in a state where the microcracks are generated, the microcracks grow into larger cracks, and the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material may be reduced by the cracks.

前述のような落雷耐性を持たせるために金属線と炭素繊維およびマトリックス樹脂を組み合わせた複合材料においては、金属は炭素繊維ともマトリックス樹脂とも線膨張係数が異なるため、熱サイクルの負荷による熱ひずみの影響は、金属線を含有しない系に比べて一層複雑となり、マイクロクラックの発生の可能性は一層大きくなると考えられる。また、金属とマトリックス樹脂の接着不良や、金属線の腐食に伴っての接着の悪化等に起因して、金属線界面からのマイクロクラックの発生する場合もある。   In composite materials that combine metal wire, carbon fiber, and matrix resin to provide lightning strike resistance as described above, metal has a different coefficient of linear expansion from carbon fiber and matrix resin, so thermal strain due to thermal cycle loading is different. The influence is considered to be more complicated than the system that does not contain a metal wire, and the possibility of the occurrence of microcracks is considered to be even greater. In some cases, microcracks may be generated from the metal wire interface due to poor adhesion between the metal and the matrix resin, deterioration of adhesion due to corrosion of the metal wire, or the like.

繊維強化複合材料中のマトリックス樹脂のみが集中する領域(以下、樹脂リッチ部と記述することもある)においては、線膨張係数の差が顕著になるため、環境疲労の負荷によってマイクロクラックがより発生しやすい(特許文献3、非特許文献1)。構造材を成形する際に、ドレープ性など成形のしやすさや、表面の異方性の低減、また、外観の美しさ等の観点から、2方向以上に炭素繊維束(糸条)が配列された炭素繊維織物のプリプレグが使用されることがある。このような炭素繊維織物基材においては縦糸と横糸の交差のため、一方向に炭素繊維が配列された場合に比べクリンプ(繊維が波状になっていること)が圧倒的に大きく、その結果、2軸以上の織物基材をプリプレグとして積層成形した複合材料には、樹脂リッチ部が多くなる。すなわち、織物基材を使用した炭素繊維強化複合材料は、一方向基材を使用したものよりも熱サイクルによってマイクロクラックが発生しやすい。さらに繊維径の異なる金属線などを含む場合は、樹脂リッチ部分がより多くなることがあり、マイクロクラックがより発生しやすくなると考えられる。すなわち、このような織物基材、金属線などを含む基材を用いた炭素繊維強化複合材料の環境に対する耐久性を高めることが重要な課題である。   In the region where only the matrix resin concentrates in the fiber reinforced composite material (hereinafter sometimes referred to as the resin-rich part), the difference in linear expansion coefficient becomes significant, resulting in more microcracks due to environmental fatigue. (Patent Document 3, Non-Patent Document 1). When molding structural materials, carbon fiber bundles (yarns) are arranged in two or more directions from the viewpoint of ease of molding such as drape, reduction of surface anisotropy, and appearance. Carbon fiber woven prepregs may be used. In such a carbon fiber woven fabric substrate, the crimp (that the fibers are wavy) is overwhelmingly larger than when carbon fibers are arranged in one direction because of the intersection of warp and weft. As a result, A composite material obtained by laminating and forming a biaxial or more woven fabric base material as a prepreg has many resin-rich portions. That is, the carbon fiber reinforced composite material using the woven base material is more likely to generate microcracks due to the thermal cycle than the one using the unidirectional base material. Further, when metal wires having different fiber diameters are included, the resin-rich portion may be increased, and microcracks are more likely to occur. That is, it is an important issue to increase the environmental durability of the carbon fiber reinforced composite material using a base material including such a textile base material or a metal wire.

前述のような金属線入りの炭素繊維強化複合材料は、しばしば金属線を含有しない繊維強化複合材料と組み合わせて構造体が作製される。例えば構造体の表層などの、構造体の一部にのみ金属線を含有する炭素繊維強化複合材料が用いられることがある。構造体全体の環境に対する耐久性を高めるためには、どの部分からもマイクロクラックが発生しないことが重要である。   A carbon fiber reinforced composite material containing a metal wire as described above is often combined with a fiber reinforced composite material containing no metal wire to produce a structure. For example, a carbon fiber reinforced composite material containing a metal wire only in a part of the structure, such as a surface layer of the structure, may be used. In order to increase the durability of the entire structure to the environment, it is important that no microcracks occur from any part.

熱硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物は、一般に熱可塑性の樹脂に比べて脆いため、これをマトリックス樹脂として繊維強化複合材料に用いた場合、内在する熱ひずみによってマイクロクラックが発生しやすい。熱硬化性樹脂を用いた繊維強化複合材料において、熱ひずみに対する抗力をもたせる、すなわち熱サイクルの負荷によるマイクロクラックの発生を抑制し、また発生したクラックの進展を抑制するためには、熱硬化性樹脂を高伸度、高靱性化することが重要な課題となっている。また、構造部材に用いられる場合は、使用時における荷重に耐えるため繊維強化複合材料の引張強度や圧縮強度等の機械特性の向上が重要視されており、マイクロクラック耐性と高強度特性を兼ね備える材料が求められている。   Thermosetting resins, especially resin cured products obtained by curing epoxy resin compositions, are generally more brittle than thermoplastic resins, so when they are used as a matrix resin in fiber reinforced composite materials, the inherent thermal strain Therefore, micro cracks are easily generated. In a fiber reinforced composite material using a thermosetting resin, in order to provide resistance to thermal strain, that is, to suppress the occurrence of microcracks due to thermal cycle loading, and to suppress the development of cracks generated, thermosetting It is an important issue to increase the elongation and toughness of the resin. In addition, when used for structural members, it is important to improve mechanical properties such as tensile strength and compressive strength of fiber-reinforced composite materials in order to withstand the load during use, and a material that combines microcrack resistance and high strength properties. Is required.

マトリックス樹脂、特にエポキシ樹脂硬化物を高靭性化する方法としては、エポキシ樹脂組成物にゴムを添加する方法が知られている。ゴムを添加する方法として、例えば、反応性を有するカルボキシル基を末端基とするブタジエン−アクリロニトリル共重合ゴム(CTBN)やニトリルゴムを用いる方法が提案されている(例えば特許文献4、5)。しかしながら、この方法はゴムがエポキシ樹脂組成物へ一旦溶解した後、硬化時に相分離するという過程を経るため、エポキシ樹脂組成物の種類や硬化条件の違いにより硬化物のモルホロジーが変化し、狙いの高靱性化効果が得られないという問題、さらにはエポキシ樹脂硬化物中のエポキシ樹脂相にゴム成分が一部溶解するため、エポキシ樹脂組成物の粘度上昇、エポキシ樹脂硬化物の耐熱性(ガラス転移温度(Tg))低下、弾性率低下を引き起こすなどの問題があり、成形条件の設定や配合量に関する設計自由度が低いということがあった。また、これらの配合量や成形条件によっては、繊維強化複合材料の引張強度、圧縮強度等の機械特性を低下させることもあり、樹脂の高靭性化と繊維強化複合材料の機械特性の維持・向上を両立させることが求められてきた。   As a method for increasing the toughness of a matrix resin, particularly a cured epoxy resin, a method of adding rubber to the epoxy resin composition is known. As a method for adding rubber, for example, a method using butadiene-acrylonitrile copolymer rubber (CTBN) or nitrile rubber having a reactive carboxyl group as a terminal group has been proposed (for example, Patent Documents 4 and 5). However, since this method goes through a process in which the rubber is once dissolved in the epoxy resin composition and then phase-separated at the time of curing, the morphology of the cured product changes depending on the type of epoxy resin composition and curing conditions, and the target The problem that the toughening effect cannot be obtained, and also because the rubber component is partially dissolved in the epoxy resin phase in the cured epoxy resin, the viscosity of the epoxy resin composition increases, the heat resistance of the cured epoxy resin (glass transition There are problems such as a decrease in temperature (Tg) and a decrease in elastic modulus, and the degree of freedom in design regarding setting of molding conditions and blending amount is low. In addition, depending on the blending amount and molding conditions, the mechanical properties such as tensile strength and compressive strength of the fiber reinforced composite material may be lowered, so that the resin has high toughness and the mechanical properties of the fiber reinforced composite material are maintained and improved. It has been demanded to achieve both.

この問題に対して、エポキシ樹脂組成物の粘度上昇やエポキシ樹脂硬化物のTg低下を抑制するため、エポキシ樹脂に実質的に不溶なコアシェルポリマー粒子を用い、レジン・トランスファー・モールディング(RTM)法で成形して得られる繊維強化複合材料において圧縮強度等の力学特性とマイクロクラック耐性を両立する方法が提示されている(例えば特許文献3、6)。しかしながら、これらの技術はRTM成形用途であり、樹脂の粘弾性において制限を受けることになる。また、金属等の導電性を有するワイヤー等を含有する場合の解決法については提示されていない。   For this problem, in order to suppress the increase in viscosity of the epoxy resin composition and the decrease in Tg of the cured epoxy resin, core-shell polymer particles that are substantially insoluble in the epoxy resin are used, and the resin transfer molding (RTM) method is used. There has been proposed a method for achieving both mechanical properties such as compressive strength and microcrack resistance in a fiber-reinforced composite material obtained by molding (for example, Patent Documents 3 and 6). However, these techniques are RTM molding applications and are limited in the viscoelasticity of the resin. In addition, no solution has been presented in the case of containing conductive wires such as metals.

特開2006−219078号公報JP 2006-219078 A 特開2009−513438号公報JP 2009-513438 A 特開2010−59300号公報JP 2010-59300 A 特公昭61−29613号公報Japanese Patent Publication No. 61-29613 特公昭62−34251号公報Japanese Patent Publication No.62-34251 特開2009−280669号公報JP 2009-280669 A

Journal of Advanced Materials(ジャーナル・オブ・アドバンスト・マテリアルズ)、26(4)、p48−62(1995)Journal of Advanced Materials (Journal of Advanced Materials), 26 (4), p48-62 (1995)

本発明の目的は、2軸以上の炭素繊維織物と、金属線からなるメッシュ、不織布、または金属線、およびマトリックス樹脂からなり、高い面方向の導電性を有し、熱サイクルによる疲労耐性に優れ、なおかつ高い引張強度を発現する繊維強化複合材料、ならびにそれを得るために好適なプリプレグを提供することにある。   The object of the present invention consists of a biaxial or more carbon fiber woven fabric and a metal wire mesh, nonwoven fabric, or metal wire, and a matrix resin, has high surface conductivity, and is excellent in fatigue resistance due to thermal cycling. Another object of the present invention is to provide a fiber-reinforced composite material that exhibits high tensile strength, and a prepreg suitable for obtaining the fiber-reinforced composite material.

本発明は、本発明は、上記目的を達成するために次の構成を有するものである。すなわち、少なくとも以下の[A]、[B]、[C]を含んで構成されており、[B]が[A]の片面または両面に配置されてなるプリプレグ。
[A]2軸以上の炭素繊維織物
[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、および[B2]金属線から選ばれる少なくとも1種
[C]少なくとも[C1]熱硬化性樹脂、[C2]コアシェルゴム粒子、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂、を含む熱硬化性樹脂組成物であって、[C1]熱硬化性樹脂は、3官能以上のエポキシ樹脂、および、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂または1官能のエポキシ樹脂を含み、[C3]熱可塑性樹脂がポリエーテルスルホンであり、[C]熱硬化性樹脂組成物100質量部中に、[C2]コアシェルゴム粒子が1〜10質量部、[C3]熱可塑性樹脂が2〜質量部含まれており、かつ、[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)との比が、0.321:1〜0.714:1の範囲である熱硬化性樹脂組成物
または、少なくとも以下の[A]、[B2]、[C]を含んで構成されており、[B2]が[A]の炭素繊維束の側面に配置された形態を有するプリプレグ。
[A]2軸以上の炭素繊維織物
[B2]金属線
[C]少なくとも[C1]熱硬化性樹脂、[C2]コアシェルゴム粒子、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂、を含む熱硬化性樹脂組成物であって、[C1]熱硬化性樹脂は、3官能以上のエポキシ樹脂、および、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂または1官能のエポキシ樹脂を含み、[C3]熱可塑性樹脂がポリエーテルスルホンであり、[C]熱硬化性樹脂組成物100質量部中に、[C2]コアシェルゴム粒子が1〜10質量部、[C3]熱可塑性樹脂が2〜質量部含まれており、かつ、[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)との比が、0.321:1〜0.714:1の範囲である熱硬化性樹脂組成物
および、前記のプリプレグを硬化させてなる炭素繊維強化複合材料である。
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object. That is, a prepreg that includes at least the following [A], [B], and [C], and [B] is arranged on one or both sides of [A].
[A] Biaxial or more carbon fiber woven fabric [B] [B1] Mesh or nonwoven fabric made of metal wire, and [B2] At least one selected from metal wire [C] At least [C1] thermosetting resin, [C2 ] A thermosetting resin composition comprising core-shell rubber particles, [C3] a thermoplastic resin soluble in the [C1] thermosetting resin, and [C1] the thermosetting resin is an epoxy having three or more functions. Resin and glycidyl aniline type epoxy resin or monofunctional epoxy resin, [C3] the thermoplastic resin is polyethersulfone, [C] in 100 parts by mass of the thermosetting resin composition, [C2] core shell 1-10 parts by weight rubber particles, [C3] thermoplastic resin is contained 8 parts 2, and, [C2] content of the core-shell rubber particles (parts by mass) [C3] of the thermoplastic resin containing The ratio between the ratio (parts by weight) is 0.321: 1 to 0.714: 1 range der Ru thermosetting resin composition or at least the following [A], [B2], including the [C] A prepreg having a configuration in which [B2] is arranged on the side surface of the carbon fiber bundle of [A].
[A] Biaxial or more carbon fiber fabric [B2] Metal wire [C] At least [C1] thermosetting resin, [C2] core shell rubber particles, [C3] Heat soluble in [C1] thermosetting resin [C1] The thermosetting resin includes a trifunctional or higher functional epoxy resin and a glycidyl aniline type epoxy resin or a monofunctional epoxy resin, and [C3]. The thermoplastic resin is polyethersulfone, and [C] 1 to 10 parts by mass of [C2] core shell rubber particles, and [C3] 2 to 8 parts by mass of the thermoplastic resin in 100 parts by mass of the thermosetting resin composition. And the ratio of the content ratio (parts by mass) of [C2] core-shell rubber particles to the content ratio (parts by mass) of [C3] thermoplastic resin is 0.321: 1 to 0.714: 1. range der of Ru thermosetting resin sets Things and a carbon fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg.

本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を構成する、前記[A]2軸以上の炭素繊維織物の好ましい態様は、[A]に用いられる炭素繊維が、ストランド引張試験において引張弾性率が270GPa以上である。また、好ましくは[A]が、該織物のたて方向およびよこ方向の二方向に炭素繊維束(糸条)が配列されてなるものである。   The preferred embodiment of the [A] biaxial or higher carbon fiber fabric constituting the prepreg and carbon fiber reinforced composite material of the present invention is such that the carbon fiber used in [A] has a tensile modulus of 270 GPa or more in a strand tensile test. It is. [A] is preferably formed by arranging carbon fiber bundles (yarns) in two directions, the warp direction and the weft direction.

また、本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料の好ましい態様は、前記[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布を構成する金属線、または前記[B2]金属線の直径が50から200μmであるものである。また、本発明のプリプレグにおける前記[B]、すなわち[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線が、前記[A]2軸以上の炭素繊維織物100質量部に対し、5〜40質量部含まれていることが好ましい。   Moreover, the preferable aspect of the prepreg of this invention and a carbon fiber reinforced composite material is a metal wire which comprises the mesh or nonwoven fabric which consists of said [B1] metal wire, or the diameter of said [B2] metal wire is 50-200 micrometers. It is. [B] in the prepreg of the present invention, that is, [B1] mesh or non-woven fabric made of metal wire, or [B2] metal wire is 5 parts per 100 parts by mass of [A] biaxial or more carbon fiber woven fabric. It is preferable that -40 mass parts is contained.

本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を構成する、前記[C]熱硬化性樹脂組成物の好ましい態様は、[C]を硬化させて得られる樹脂硬化物の弾性率が、2.5〜4.5GPaである。また、好ましくは[C]を硬化させて得られる樹脂硬化物のK1cが0.65〜1.5MPa・m1/2であるものである。また、[C]における[C1]熱硬化性樹脂成分がエポキシ樹脂を含有することが好ましく、より好ましくは、3官能以上のエポキシ樹脂を含有することである。 In a preferred embodiment of the [C] thermosetting resin composition constituting the prepreg and the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the elastic modulus of the cured resin obtained by curing [C] is 2.5 to 4.5 GPa. Preferably, K1c of the cured resin obtained by curing [C] is 0.65 to 1.5 MPa · m 1/2 . [C1] The thermosetting resin component in [C] preferably contains an epoxy resin, and more preferably contains a trifunctional or higher functional epoxy resin.

本発明によれば、面方向の導電性に加えて熱サイクルによる疲労耐性に優れ、かつ高い引張強度を発現する繊維強化複合材料、ならびにそれを得るために好適な2軸以上の炭素繊維織物プリプレグを得ることができる。また、本発明のプリプレグは取扱い性に優れる。かかるプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料は、面方向の導電性が必要な構造に好適に用いることができる。加えて熱疲労に対し高い耐性を有し、かつ高い剛性、高い引張強度を発現するので、航空機、宇宙用途、自動車、船舶、風車等の構造材として好適に用いることができる。   According to the present invention, a fiber-reinforced composite material that is excellent in fatigue resistance due to thermal cycling in addition to electrical conductivity in the plane direction and that exhibits high tensile strength, and a biaxial or higher carbon fiber woven prepreg suitable for obtaining the same. Can be obtained. In addition, the prepreg of the present invention is excellent in handleability. A fiber-reinforced composite material obtained by curing such a prepreg can be suitably used for a structure that requires electrical conductivity in the surface direction. In addition, since it has high resistance to thermal fatigue and exhibits high rigidity and high tensile strength, it can be suitably used as a structural material for aircraft, space applications, automobiles, ships, windmills, and the like.

[B]が[A]の片面に配置された状態の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the state arrange | positioned on the single side | surface of [A]. [B]が[A]の片面に配置された状態の別の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the state where [B] is arrange | positioned on the single side | surface of [A]. [B]が[A]の両面に配置された状態の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the state by which [B] is arrange | positioned on both surfaces of [A]. [B2]が[A]の炭素繊維束の側面に配置された形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the form arrange | positioned on the side surface of the carbon fiber bundle of [A] [B2].

以下、本発明のプリプレグおよび繊維強化複合材料について詳細に説明する。   Hereinafter, the prepreg and fiber-reinforced composite material of the present invention will be described in detail.

本発明のプリプレグにおける構成要素[A]は、2軸以上の炭素繊維織物であり、プリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料の強度を発現する上で必須である。2軸以上の炭素繊維織物とは、2方向以上に炭素繊維束(糸条)が配列されてなる織物である。炭素繊維束が2方向以上に配列されていることは、硬化させた繊維強化複合材料の異方性を低減するために、またプリプレグのドレープ性を高めて構造材の成型を容易にするためにも必要な要件である。炭素繊維束が2方向以上に配列されていることで、1方向材に比べてより少ない積層枚数で等方的な積層板を成型することができる。   The component [A] in the prepreg of the present invention is a biaxial or more carbon fiber woven fabric, and is essential for developing the strength of the fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg. A biaxial or more carbon fiber fabric is a fabric in which carbon fiber bundles (threads) are arranged in two or more directions. The arrangement of the carbon fiber bundles in two or more directions is to reduce the anisotropy of the cured fiber reinforced composite material, and to enhance the prepreg drapeability and facilitate the molding of the structural material. Is also a necessary requirement. By arranging the carbon fiber bundles in two or more directions, an isotropic laminate can be formed with a smaller number of laminates than in a unidirectional material.

本発明のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料がより高い剛性および引張強度を発現するために、[A]を構成する炭素繊維が、JIS R 7601(1986)に記載の方法によるストランド引張試験において引張弾性率が270GPa以上であることが好ましい。引張弾性率が270GPaより低いと、繊維強化複合材料としたときに十分な剛性および引張強度を発現できない場合がある。また、引張弾性率は400GPa以下であることがより好ましい。引張弾性率が400GPaを超えると炭素繊維の引張伸度が低下する傾向にあり、繊維強化複合材料としたときに十分な引張強度を発現できない場合がある。強度の観点からは、高い剛性および機械強度を有する複合材料が得られることから、前記のストランド引張試験におけるストランド引張強度が4.4〜6.5GPaの炭素繊維が好ましく用いられる。   In order for the fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg of the present invention to exhibit higher rigidity and tensile strength, the carbon fiber constituting [A] is a strand tensile test according to the method described in JIS R 7601 (1986). The tensile elastic modulus is preferably 270 GPa or more. When the tensile elastic modulus is lower than 270 GPa, sufficient rigidity and tensile strength may not be exhibited when a fiber reinforced composite material is obtained. The tensile elastic modulus is more preferably 400 GPa or less. If the tensile elastic modulus exceeds 400 GPa, the tensile elongation of the carbon fiber tends to decrease, and there may be a case where sufficient tensile strength cannot be exhibited when a fiber-reinforced composite material is obtained. From the viewpoint of strength, since a composite material having high rigidity and mechanical strength can be obtained, carbon fibers having a strand tensile strength of 4.4 to 6.5 GPa in the strand tensile test are preferably used.

ドレープ性の観点から、たて方向とよこ方向の2方向に炭素繊維が配列している2軸の織物が好ましい。より好ましくは、平織、綾織、繻子織の中から選ばれた織構造である。特に、平織は表裏の区別がなく用いることができるので、取扱いが容易である。綾織、繻子織は、繊維の交絡点を減らすことにより、マイクロクラックの発生しやすい樹脂リッチ部を減らすことができるため好ましい。   From the viewpoint of draping properties, a biaxial woven fabric in which carbon fibers are arranged in two directions, a warp direction and a transverse direction, is preferable. More preferred is a woven structure selected from plain weave, twill weave and satin weave. In particular, plain weaving is easy to handle because it can be used without distinction between front and back. Twill weave and satin weave are preferable because the resin-rich portion where microcracks are likely to occur can be reduced by reducing the entanglement points of the fibers.

織物のカバーファクターとは、織物プリプレグとしたときに織糸の占める面積がプリプレグ全体の面積を占める割合のことを意味するが、このカバーファクターが小さいと、積層して硬化させたときにマイクロクラックの発生しやすい樹脂リッチ部が大きくなりやすい。また、カバーファクターが小さい場合、成形温度における樹脂の流動性によっては樹脂も繊維も存在しないボイドになってしまい、得られる繊維強化複合材料の剛性・強度を低下させることがある。また、カバーファクターが十分であることによって、樹脂をプリプレグ表面に保ちやすくなり、プリプレグのタックの経時変化を小さくすることが可能となる。以上を解決するために、[A]炭素繊維織物のカバーファクターの範囲は、90〜100%であることが好ましい。   The woven cover factor means the ratio of the area occupied by the woven yarn when it is made into a woven prepreg, but if this cover factor is small, the micro-crack when laminated and cured The resin-rich part that is prone to occur tends to be large. Moreover, when the cover factor is small, depending on the fluidity of the resin at the molding temperature, it becomes a void in which neither resin nor fiber exists, and the rigidity and strength of the resulting fiber reinforced composite material may be lowered. Further, when the cover factor is sufficient, it becomes easy to keep the resin on the surface of the prepreg, and it is possible to reduce the change with time of the prepreg tack. In order to solve the above, the range of the cover factor of [A] carbon fiber fabric is preferably 90 to 100%.

[A]2軸以上の炭素繊維織物を構成する炭素繊維束は、プリプレグ作製時および成形時の樹脂含浸性や、プリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料の表面平滑性や強度の観点から、1つの繊維束のフィラメント数が2500〜30000本の範囲にあるものが好ましい。フィラメント数が少なすぎるとプリプレグの製造時に繊維が蛇行しやすく、結果、そのプリプレグを用いた繊維強化複合材料の強度低下につながることがある。   [A] Carbon fiber bundles constituting a biaxial or more carbon fiber woven fabric are from the viewpoints of resin impregnation during prepreg production and molding, and surface smoothness and strength of a fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg. The number of filaments in one fiber bundle is preferably in the range of 2500 to 30000. If the number of filaments is too small, the fibers tend to meander during the production of the prepreg, and as a result, the strength of the fiber-reinforced composite material using the prepreg may be reduced.

[A]2軸以上の炭素繊維織物の単位面積当たりの重量(織物目付)は、用途に応じて適宜選択されるが、プリプレグ製造時および硬化成形時の樹脂の含浸性や、製造時の織物の取扱い性、製造したプリプレグの取扱い性、ドレープ性の観点から、100〜320g/mの範囲のものが好ましく用いられる。ただし用途に応じてはこの限りではない。 [A] The weight per unit area of the carbon fiber woven fabric of two or more axes (woven fabric basis weight) is appropriately selected according to the use, but the resin impregnation property at the time of prepreg production and curing molding, and the fabric at the time of production. From the viewpoints of handling property, handling property of the produced prepreg, and drapeability, those having a range of 100 to 320 g / m 2 are preferably used. However, this does not apply depending on the application.

本発明のプリプレグにおける構成要素[B]、すなわち[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線は、プリプレグを積層、硬化させて得られる繊維強化複合材料の面方向の電気伝導性を向上させるために必須の成分である。ここで、面方向の電気伝導性とは、炭素繊維織物の面に平行な方向の電気伝導性を指す。落雷等により繊維強化複合材料に電流が流れた場合に、その電流が金属線からなるメッシュや金属線を優先的に流れ、炭素繊維強化複合材料の面に沿って広い面積にわたって電流が拡散し、部材の別の場所へ電気を逃がしたり、大気中に放電したりすることで構造の損傷や燃料への引火等を防ぐことができる。   Component [B] in the prepreg of the present invention, that is, [B1] mesh or non-woven fabric made of metal wire, or [B2] metal wire is the electric conduction in the surface direction of the fiber reinforced composite material obtained by laminating and curing the prepreg. It is an essential component for improving the properties. Here, the electrical conductivity in the surface direction refers to the electrical conductivity in the direction parallel to the surface of the carbon fiber fabric. When a current flows through a fiber reinforced composite material due to a lightning strike, the current preferentially flows through a mesh or metal wire made of a metal wire, and the current spreads over a wide area along the surface of the carbon fiber reinforced composite material, It is possible to prevent damage to the structure, ignition of the fuel, etc. by discharging electricity to another place of the member or discharging it to the atmosphere.

電流を効率的に拡散させる観点から、構成要素[B]、すなわち[B1]または[B2]の金属線の材質は、その電気抵抗率が炭素繊維より小さいことが好ましく、より好ましくは2分の1以下の材料である。なお、電気抵抗率は、例えば以下のように測定できる。金属線(メッシュや不織布の場合はそれを構成する金属線)や、炭素繊維の単糸または繊維束を5〜20個取り出し試験片とする。市販の抵抗計を用いて体積固有の電気抵抗値を測定し、試験片の長さと断面積を用いて電気抵抗率を算出する。用いた試験片の平均値を求め、その電気抵抗率とする。炭素繊維の電気抵抗率は、単糸を用いて測定してもよいし、繊維束の形態で評価してもよい。繊維束の形態で評価した場合は、試験片の長さと単糸の断面積、繊維束に含まれる単糸の本数を用いて固有の電気抵抗率を求めることができる。なお、より正確な電気抵抗値を評価するには四端子法により測定することが好ましいが、材料間の差を比較できれば、より簡便な二端子法で測定することもできる。取り出す短繊維の長さは、用いる抵抗計の測定範囲で測定可能な抵抗値が得られる長さが必要だが、評価の簡便性から1〜10cm程度で評価する。不織布やメッシュではより短い長さで評価することもできる。逆に言えば、試験片の長さに応じて適切な測定範囲の抵抗計を使用すればよい。市販されている四端子法による高性能な電気抵抗計としては、(株)三菱化学アナリテック製の、ロレスタGP MCP−T610型抵抗率計などがある。   From the viewpoint of efficiently diffusing current, the material of the metal wire of the component [B], that is, [B1] or [B2], preferably has an electrical resistivity smaller than that of carbon fiber, more preferably 2 minutes. 1 or less material. The electrical resistivity can be measured as follows, for example. 5 to 20 metal wires (metal wires constituting the mesh or non-woven fabric) or carbon fiber single yarn or fiber bundle are taken out as test pieces. The electrical resistance value specific to the volume is measured using a commercially available resistance meter, and the electrical resistivity is calculated using the length and cross-sectional area of the test piece. The average value of the test specimens used is determined and taken as the electrical resistivity. The electrical resistivity of the carbon fiber may be measured using a single yarn or may be evaluated in the form of a fiber bundle. When evaluated in the form of a fiber bundle, the specific electrical resistivity can be obtained using the length of the test piece, the cross-sectional area of the single yarn, and the number of single yarns contained in the fiber bundle. In order to evaluate a more accurate electric resistance value, it is preferable to measure by a four-terminal method, but if a difference between materials can be compared, it can also be measured by a simpler two-terminal method. The length of the short fiber to be taken out is required to be a length that provides a resistance value that can be measured in the measurement range of the resistance meter to be used. For non-woven fabrics and meshes, evaluation can be made with a shorter length. Conversely, an ohmmeter having an appropriate measurement range may be used according to the length of the test piece. As a commercially available high-performance electric resistance meter by the four-terminal method, there is a Loresta GP MCP-T610 type resistivity meter manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech.

炭素繊維を含む炭素材料の電気抵抗率は、金属と比べて構造の欠陥や含有する不純物に依存して変化する。炭素繊維の長軸方向やグラファイトの面方向の電気抵抗率は一般的には1×10−5〜1×10−3Ω・mの範囲であり、[B]の材質はこの範囲より抵抗値が小さいことが好ましい。 The electrical resistivity of a carbon material containing carbon fibers varies depending on structural defects and impurities contained in comparison with metals. The electrical resistivity in the major axis direction of carbon fiber and the surface direction of graphite is generally in the range of 1 × 10 −5 to 1 × 10 −3 Ω · m, and the material of [B] has a resistance value from this range. Is preferably small.

このような特徴を有する[B]、すなわち[B1]または[B2]の金属線の材質は、具体例としては金、銀、銅、青銅、黄銅、アルミニウム、ニッケル、スチール、ステンレススチール等が挙げられる。類似の電気的および熱的特徴を有する他の金属材料を用いることもできる。また、これらの材料から選ばれる複数の材料を組み合わせて使用することもできる。電気的および熱的特性に加え、価格、密度、比強度および比剛性、耐腐食性、熱膨張係数等の特性を考慮し、繊維強化複合材料の用途に応じて適当な材質を選ぶことができる。アルミニウムまたは他の類似の材料は、その密度が比較的小さく、導電性、熱特性に優れる。ステンレススチール等は、耐腐食性の改善のために用いることができる。銅および銅合金は、導電性と耐腐食性に優れ、かつ価格とのバランスがよく、好ましく用いられる。   Specific examples of the material of the metal wire [B] having the above characteristics, that is, [B1] or [B2] include gold, silver, copper, bronze, brass, aluminum, nickel, steel, and stainless steel. It is done. Other metallic materials with similar electrical and thermal characteristics can also be used. A plurality of materials selected from these materials can also be used in combination. In addition to electrical and thermal properties, considering the properties such as price, density, specific strength and rigidity, corrosion resistance, thermal expansion coefficient, etc., it is possible to select an appropriate material according to the application of the fiber reinforced composite material . Aluminum or other similar material has a relatively low density and excellent electrical and thermal properties. Stainless steel or the like can be used to improve corrosion resistance. Copper and copper alloys are preferably used because they are excellent in electrical conductivity and corrosion resistance and have a good balance with price.

前記[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布を構成する金属線、または前記[B2]金属線の直径は、50から200μmであることが好ましい。直径が200μmを超えると、プリプレグに占める[B]の重量分率および体積分率が増加し、金属に代えて繊維強化複合材料を用いる上で十分な軽量化の効果が得られないだけでなく、炭素繊維で強化されていない部分が増加することで十分な強度、剛性を発現しなくなる可能性がある。また、直径が200μmを超える場合は樹脂リッチ部が増加してマイクロクラックがより発生しやすくなる可能性もある。50μm以上の導電性ワイヤーを用いた場合は、導電性ワイヤーがプリプレグの製造中に切れること抑制でき、取扱い性が向上するので好ましい。また、断面積が大きくなることで大きな電流を瞬時に拡散しやすくなる。[B1]導電性を有するメッシュまたは不織布を構成する導電性ワイヤー、または前記[B2]導電性を有するワイヤーの直径は、より好ましくは、70〜150μmの範囲であるが、用途や組み合わせる[A]炭素繊維織物の炭素繊維束の繊度(単位長さ当たりの炭素繊維束の重量)や織物目付等に応じて適宜設定することができる。   The diameter of the metal wire constituting the mesh or nonwoven fabric made of the [B1] metal wire or the [B2] metal wire is preferably 50 to 200 μm. If the diameter exceeds 200 μm, the weight fraction and volume fraction of [B] in the prepreg will increase, and not only will the effect of reducing the weight sufficiently be obtained when a fiber-reinforced composite material is used instead of metal. If the portion that is not reinforced with carbon fiber increases, there is a possibility that sufficient strength and rigidity will not be exhibited. In addition, when the diameter exceeds 200 μm, the resin-rich portion may increase and microcracks may be more likely to occur. The use of a conductive wire of 50 μm or more is preferable because the conductive wire can be prevented from being cut during the production of the prepreg, and the handleability is improved. Further, since the cross-sectional area is increased, a large current is easily diffused instantaneously. [B1] The conductive wire constituting the conductive mesh or nonwoven fabric, or the diameter of the [B2] conductive wire is more preferably in the range of 70 to 150 μm, but the application and combination [A] It can be set as appropriate according to the fineness of the carbon fiber bundle of the carbon fiber fabric (weight of the carbon fiber bundle per unit length), the fabric weight, and the like.

本発明のプリプレグにおける前記[B]、すなわち[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線が、前記[A]2軸以上の炭素繊維織物100質量部に対し、5〜40質量部含まれていることが好ましい。[B]が5質量部以上であることで、十分な電流拡散効果を得ることができる。40質量部より多い場合、プリプレグに占める[B]の重量分率および体積分率が増加し、金属に代えて繊維強化複合材料を用いる上で十分な軽量化の効果が得られない場合があり、また、炭素繊維で強化されていない部分が増加することで十分な強度・剛性を発現しなくなる可能性もある。   [B] in the prepreg of the present invention, that is, [B1] mesh or non-woven fabric made of metal wire, or [B2] metal wire is 5 to 40 per 100 parts by mass of [A] biaxial or more carbon fiber woven fabric. It is preferable that a part by mass is included. When [B] is 5 parts by mass or more, a sufficient current spreading effect can be obtained. When the amount is more than 40 parts by mass, the weight fraction and volume fraction of [B] in the prepreg increase, and there may be cases where the effect of weight reduction sufficient for using a fiber-reinforced composite material instead of metal may not be obtained. Moreover, there is a possibility that sufficient strength / rigidity may not be exhibited due to an increase in the portion not reinforced with carbon fiber.

本発明は、[A]2軸以上の炭素繊維織物の片面または両面、ないし側面に[B]、すなわち[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線を配置させてプリプレグを作成する。[B]が[A]の片面に配置された構造としては、[A]2軸以上の炭素繊維織物の層の片側に[B]が配置された構造(図1)、[A]炭素繊維織物の層で[B]を挟んだ構造(図2)があげられる。[B]が[A]の両面に配置された構造としては、[B]で[A]炭素繊維織物の層を挟んだ構造(図3)があげられる。また、図4に示すように、[B2]金属線が、実質的に[A]を構成する炭素繊維束の真横に配置された構造をとっていても、本発明では同様に好ましく用いられる。このような構造を有する[A]と[B2]からなる基材として、例えば、特開2006−265769号公報に記載されているものを用いることができる。なお、図1〜4は、前述したそれぞれの配置について、面方向に垂直な断面が取りうる形態を3種または2種例示した模式図である。   In the present invention, [A] [B], that is, [B1] a mesh or non-woven fabric made of a metal wire, or [B2] a metal wire is arranged on one side or both sides or side surfaces of a biaxial or more carbon fiber woven fabric. create. As the structure in which [B] is arranged on one side of [A], [A] a structure in which [B] is arranged on one side of a carbon fiber fabric layer having two or more axes (FIG. 1), [A] carbon fiber A structure in which [B] is sandwiched between fabric layers (FIG. 2) can be mentioned. An example of the structure in which [B] is arranged on both sides of [A] is a structure in which a layer of [A] carbon fiber fabric is sandwiched between [B] (FIG. 3). Further, as shown in FIG. 4, even if the [B2] metal wire has a structure in which it is disposed directly beside the carbon fiber bundle that substantially constitutes [A], it is preferably used in the present invention. As a substrate composed of [A] and [B2] having such a structure, for example, those described in JP-A-2006-265769 can be used. 1 to 4 are schematic views illustrating three or two types of configurations that can be taken by a cross section perpendicular to the surface direction for each of the above-described arrangements.

なお、図1(a)〜(d)に示した形態は模式的なものであり、実際の構成においては[B]を構成する金属線は[A]炭素繊維織物に完全に接していても、部分的に接していても、接していなくてもよい。また、[B]を構成する金属線の断面は真円状に記載したが、本発明の効果を妨げなければ、真円以外の断面形状を有していてもよい。また、プリプレグの状態では、必ずしも[A]を構成する炭素繊維や[B]の間で生じる空間がマトリックス樹脂で埋められていなくてもよいが、硬化成形した繊維強化複合材料においては、十分な強度、環境疲労特性が発現するためには、[A]を構成する炭素繊維や[B]の間で生じる空間がマトリックス樹脂で十分に埋められていることが必要である。   In addition, the form shown to Fig.1 (a)-(d) is typical, and even if the metal wire which comprises [B] is in full contact with the [A] carbon fiber fabric in an actual structure. , It may be partially touching or not touching. Moreover, although the cross section of the metal wire which comprises [B] was described in perfect circle shape, as long as the effect of this invention is not prevented, it may have cross-sectional shapes other than a perfect circle. Further, in the prepreg state, the space formed between the carbon fibers constituting [A] and [B] does not necessarily have to be filled with the matrix resin. In order to exhibit strength and environmental fatigue characteristics, it is necessary that the space formed between the carbon fibers constituting [A] and [B] is sufficiently filled with the matrix resin.

本発明のプリプレグにおける構成要素[C]熱硬化性樹脂組成物は、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂となる成分であり、またプリプレグを用いて構造体を成形する際に取扱い性、作業性を向上させるために必須の成分である。本発明のプリプレグにおける[C]は、少なくとも[C1]熱硬化性樹脂、[C2]コアシェルゴム粒子、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物である。   The component [C] thermosetting resin composition in the prepreg of the present invention is a component that becomes a matrix resin of a fiber reinforced composite material, and improves handling and workability when a structure is formed using the prepreg. It is an essential ingredient to make it. [C] in the prepreg of the present invention contains at least [C1] thermosetting resin, [C2] core shell rubber particles, and [C3] a thermosetting resin that is soluble in the [C1] thermosetting resin. It is a resin composition.

[C3]が[C1]熱硬化性樹脂に可溶であることは、得られる炭素繊維強化複合材料の機械特性、マイクロクラック耐性、さらには耐溶剤性を向上させるために重要である。ここで説明される「[C1]熱硬化性樹脂に可溶」とは、[C3]熱可塑性樹脂を[C1]熱硬化性樹脂に混合したものを加熱、または加熱撹拌することによって、均一相をなす温度領域が存在することを指す。ここで、「均一相をなす」とは、少なくとも目視で分離のない状態が得られることを指す。ある温度領域で均一相をなすのであれば、その温度領域以外、例えば室温で分離が起こっても構わない。また、[C3]が[C1]に可溶であることは、次の方法でも評価することができる。すなわち、[C3]の粉末を[C1]または[C1]の主となる成分に混合し、[C3]の融点より低い温度で数時間、例えば2時間等温保持したときの粘度の変化を評価したときに実質的に粘度の変化が見られる場合、[C3]が[C1]に可溶であると判断してよい。このように[C3]が[C1]に可溶な性質を有していれば、樹脂を硬化させる過程で[C3]が相分離を起こしても構わないが、硬化させて得られる樹脂硬化物および炭素繊維複合材料の耐溶剤性を高める観点からは、硬化過程で相分離をしないことがより好ましい。また、得られる炭素繊維強化複合材料の機械特性、耐溶剤性等を向上させる観点から、[C3]をあらかじめ[C1]に溶解させて配合することがより好ましい。溶解させて混合することで、熱硬化性樹脂組成物中に均一に分散しやすくなる。   The solubility of [C3] in [C1] thermosetting resin is important for improving the mechanical properties, microcrack resistance, and solvent resistance of the resulting carbon fiber reinforced composite material. The term “soluble in [C1] thermosetting resin” described here means that a mixture of [C3] thermoplastic resin and [C1] thermosetting resin is heated or heated and stirred to obtain a uniform phase. It means that there exists a temperature region that makes Here, “to form a homogeneous phase” means that at least a state with no visual separation is obtained. As long as a uniform phase is formed in a certain temperature range, the separation may occur outside the temperature range, for example, at room temperature. Moreover, it can be evaluated also by the following method that [C3] is soluble in [C1]. That is, the change in viscosity was evaluated when [C3] powder was mixed with [C1] or the main component of [C1] and kept isothermal at a temperature lower than the melting point of [C3] for several hours, for example, 2 hours. When a substantial change in viscosity is sometimes observed, it may be determined that [C3] is soluble in [C1]. Thus, if [C3] has a property soluble in [C1], [C3] may cause phase separation in the process of curing the resin, but a cured resin obtained by curing. From the viewpoint of improving the solvent resistance of the carbon fiber composite material, it is more preferable not to perform phase separation during the curing process. Further, from the viewpoint of improving the mechanical properties, solvent resistance, and the like of the obtained carbon fiber reinforced composite material, it is more preferable to dissolve [C3] in [C1] in advance. It becomes easy to disperse | distribute uniformly in a thermosetting resin composition by making it melt | dissolve and mix.

本発明のプリプレグにおける[C]に含まれる[C1]熱硬化性樹脂は、熱または光や電子線などの外部からのエネルギーにより硬化して、少なくとも部分的に三次元硬化物を形成する樹脂であれば特に限定されない。好ましい熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、低硬化収縮性、および樹脂硬化物の耐熱性、耐薬品性、機械特性および炭素繊維との接着性等の観点から、エポキシ樹脂が好ましく用いられる。   The [C1] thermosetting resin contained in [C] in the prepreg of the present invention is a resin that is cured by heat or external energy such as light or electron beam to at least partially form a three-dimensional cured product. If there is no particular limitation. Preferred thermosetting resins include epoxy resins, phenol resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, cyanate resins, maleimide resins, polyimide resins and the like. Among these, an epoxy resin is preferably used from the viewpoints of low curing shrinkage, heat resistance of the resin cured product, chemical resistance, mechanical properties, adhesion to carbon fibers, and the like.

本発明において、エポキシ樹脂とは、分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物である。分子中のエポキシ基が1個の場合1官能、2個の場合2官能、というように、分子中のエポキシ基の数がN個のエポキシ樹脂をN官能のエポキシ樹脂と呼ぶ。本発明におけるエポキシ樹脂としては、1官能以上であればよいが、耐熱性と弾性率を向上させる観点から、[C1]に含まれるエポキシ樹脂としては3官能以上のエポキシ樹脂を含むことが好ましい。   In the present invention, an epoxy resin is a compound having one or more epoxy groups in a molecule. An epoxy resin having N epoxy groups in a molecule is called an N-functional epoxy resin. The epoxy resin in the present invention may be one or more functional groups, but from the viewpoint of improving heat resistance and elastic modulus, the epoxy resin contained in [C1] preferably includes a trifunctional or more functional epoxy resin.

3官能以上のエポキシ樹脂において、官能基数は好ましくは3〜7であり、より好ましくは3〜5である。[C1]に含まれるエポキシ樹脂の官能基数がかかる好ましい範囲であれば、本発明の熱硬化性樹脂組成物を硬化させた後の樹脂硬化物の靭性の面から好ましい。   In the trifunctional or higher functional epoxy resin, the number of functional groups is preferably 3 to 7, and more preferably 3 to 5. If the number of functional groups of the epoxy resin contained in [C1] is within such a preferable range, it is preferable from the viewpoint of the toughness of the cured resin after curing the thermosetting resin composition of the present invention.

3官能以上のエポキシ樹脂としては、グリシジルアミン型エポキシ樹脂およびグリシジルエーテル型エポキシ樹脂から選択することが好ましい。3官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン型、ジアミノジフェニルスルホン型、アミノフェノール型、メタキシレンジアミン型、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型、イソシアヌレート型等のエポキシ樹脂が挙げられる。中でも、取り扱い性と、耐熱性や弾性率等の機械物性のバランスが良いことから、ジアミノジフェニルメタン型とアミノフェノール型のエポキシ樹脂が特に好ましく用いられる。   The trifunctional or higher functional epoxy resin is preferably selected from glycidylamine type epoxy resins and glycidyl ether type epoxy resins. Examples of the tri- or higher functional glycidylamine type epoxy resins include diaminodiphenylmethane type, diaminodiphenylsulfone type, aminophenol type, metaxylenediamine type, 1,3-bisaminomethylcyclohexane type, and isocyanurate type epoxy resins. Can be mentioned. Among them, diaminodiphenylmethane type and aminophenol type epoxy resins are particularly preferably used because of good balance between handleability and mechanical properties such as heat resistance and elastic modulus.

また、3官能以上のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、およびテトラフェニロールエタン型等のエポキシ樹脂、およびビナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂などが挙げられる。   Examples of the tri- or higher functional glycidyl ether type epoxy resin include epoxy resins such as phenol novolac type, orthocresol novolak type, phenol aralkyl type, trishydroxyphenylmethane type, and tetraphenylolethane type, and a binaphthalene skeleton. And epoxy resin.

上記以外のエポキシ樹脂としては、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ビスアリールフルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、およびグリシジルアニリン型エポキシ樹脂等が挙げられる。   Other epoxy resins include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, urethane modified epoxy resin, hydantoin type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin. , Epoxy resins having a bisarylfluorene skeleton, and glycidylaniline type epoxy resins.

グリシジルアニリン型エポキシ樹脂を配合することで、樹脂の粘弾性、流動性をコントロールし、また樹脂硬化物の弾性率や、繊維強化複合材料の引張強度など、機械特性を向上させる効果が得られる。グリシジルアニリン型エポキシ樹脂とは、ジグリシジルアニリン、モノグリシジルアニリン、およびそれらのベンゼン環の2、3、4、5、6位から選ばれる1つ以上の炭素に置換基を持つ誘導体群が挙げられる。置換基としては、アルキル基、フェニル基、ナフチル基などのアリール基、メトキシ基などのアルキルエーテル基、フェノキシ基などのアリールエーテル基などが挙げられる。   By blending the glycidyl aniline type epoxy resin, it is possible to control the viscoelasticity and fluidity of the resin, and to improve the mechanical properties such as the elastic modulus of the cured resin and the tensile strength of the fiber reinforced composite material. Examples of the glycidyl aniline type epoxy resin include diglycidyl aniline, monoglycidyl aniline, and derivatives having a substituent at one or more carbons selected from the 2, 3, 4, 5, and 6 positions of the benzene ring. . Examples of the substituent include aryl groups such as alkyl groups, phenyl groups, and naphthyl groups, alkyl ether groups such as methoxy groups, and aryl ether groups such as phenoxy groups.

1官能のエポキシ樹脂を上記の3官能以上のエポキシ樹脂、2官能のエポキシ樹脂と組み合わせて用いることにより、樹脂の粘弾性流動性や、樹脂硬化物の弾性率や靭性など機械特性のバランスに優れた樹脂組成物が得られる。1官能のエポキシ樹脂としては、グリシジルフタルイミド、グリシジルカルバゾール、フェニルグリシジルエーテル、フェニルフェニルグリシジルエーテル、ナフチルグリシジルエーテルなどが挙げられる。 By using a monofunctional epoxy resin in combination with the above trifunctional or higher functional epoxy resin and bifunctional epoxy resin, the viscoelasticity and fluidity of the resin, and the balance of mechanical properties such as the elastic modulus and toughness of the cured resin can be achieved. An excellent resin composition is obtained. Examples of the monofunctional epoxy resin include glycidyl phthalimide, glycidyl carbazole, phenyl glycidyl ether, phenyl phenyl glycidyl ether, and naphthyl glycidyl ether.

メタ位やオルト位が置換された芳香環を骨格に有するエポキシ樹脂を配合することで、樹脂硬化物の弾性率や、繊維強化複合材料の引張強度など、機械特性を向上させる効果が得られる。このようなメタ位やオルト位が置換された芳香環を骨格に有するエポキシ樹脂としては、m(メタ)−アミノフェノール型エポキシ樹脂や、2,2’型、2,4’型の結合を含むビスフェノールF型エポキシ樹脂等が挙げられる。   By blending an epoxy resin having a skeleton with an aromatic ring substituted at the meta position or ortho position, an effect of improving mechanical properties such as the elastic modulus of the cured resin and the tensile strength of the fiber reinforced composite material can be obtained. Examples of the epoxy resin having an aromatic ring substituted at the meta position or ortho position in the skeleton include m (meth) -aminophenol type epoxy resin and 2,2 ′ type and 2,4 ′ type bonds. Examples thereof include bisphenol F type epoxy resin.

少なくとも1種の3官能以上のエポキシ樹脂と少なくとも1種の2官能のエポキシ樹脂とを配合することにより、樹脂の流動性と硬化後の耐熱性を兼ね備えることができる。また、樹脂硬化物の弾性率や、繊維強化複合材料に用いた場合の引張強度など、機械特性にも優れた樹脂組成物を得ることができる。   By blending at least one kind of trifunctional or higher functional epoxy resin and at least one kind of bifunctional epoxy resin, it is possible to combine the fluidity of the resin and the heat resistance after curing. Moreover, the resin composition excellent also in mechanical characteristics, such as the elasticity modulus of a resin cured material, and the tensile strength at the time of using for a fiber reinforced composite material, can be obtained.

また、グリシジルアミン型エポキシ樹脂とグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を組み合わることにより、耐熱性および耐水性とプロセス性の両立が可能になる。また、常温で液状のエポキシ樹脂を少なくとも1種と、常温で固形状のエポキシ樹脂を少なくとも1種を配合することにより、プリプレグのタック性とドレープ性を適切にすることができる。   Further, by combining a glycidylamine type epoxy resin and a glycidyl ether type epoxy resin, it becomes possible to achieve both heat resistance, water resistance and processability. Moreover, the tack property and drape property of a prepreg can be made appropriate by mix | blending at least 1 sort (s) of an epoxy resin which is liquid at normal temperature, and at least 1 sort (s) of solid epoxy resin at normal temperature.

強化繊維との接着性と機械物性のバランスから、[C1]は少なくとも1種のグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含有することが好ましい。   [C1] preferably contains at least one glycidylamine-type epoxy resin from the balance between adhesion to the reinforcing fibers and mechanical properties.

液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびレゾルシノール型エポキシ樹脂は、低粘度であるために、プリプレグの製造におけるプロセス性、プリプレグ取扱い性を適切にするため、他のエポキシ樹脂と組み合わせて使うことが好ましい。   Since liquid bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin and resorcinol type epoxy resin have low viscosity, they are combined with other epoxy resins in order to make processability and prepreg handling easy in prepreg production. It is preferable to use it.

また、固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂および固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂は、液状のビスフェノールA型およびビスフェノールF型エポキシ樹脂に比較し架橋密度の低い構造を与えるため耐熱性は低くなるが、より靭性の高い構造が得られるため、グリシジルアミン型エポキシ樹脂や液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂や液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂と組み合わせて好ましく用いられる。   Solid bisphenol A-type epoxy resins and solid bisphenol F-type epoxy resins have a lower cross-linking density than liquid bisphenol A-type and bisphenol F-type epoxy resins, and thus have lower heat resistance but are more tough. Therefore, it is preferably used in combination with a glycidylamine type epoxy resin, a liquid bisphenol A type epoxy resin or a liquid bisphenol F type epoxy resin.

ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂は、低吸水率かつ高耐熱性の硬化樹脂を与える。また、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂およびジフェニルフルオレン型エポキシ樹脂も、低吸水率の硬化樹脂を与えるため好適に用いられる。ウレタン変性エポキシ樹脂およびイソシアネート変性エポキシ樹脂は、破壊靱性と伸度の高い硬化樹脂を与える。   An epoxy resin having a naphthalene skeleton provides a cured resin having a low water absorption and high heat resistance. Biphenyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins and diphenylfluorene type epoxy resins are also preferably used because they give a cured resin having a low water absorption rate. Urethane-modified epoxy resins and isocyanate-modified epoxy resins give cured resins having high fracture toughness and high elongation.

以下に、[C1]熱硬化性樹脂に含むことのできるエポキシ樹脂の市販品の例を挙げる。   Below, the example of the commercial item of the epoxy resin which can be included in [C1] thermosetting resin is given.

ジアミノジフェニルメタン型のエポキシ樹脂の市販品としては、ELM434(住友化学(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720、“アラルダイト(登録商標)”MY721、“アラルダイト(登録商標)”MY9512、“アラルダイト(登録商標)”MY9663(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、および“エポトート(登録商標)”YH―434(東都化成(株)製)などが挙げられる。   Commercially available diaminodiphenylmethane type epoxy resins include ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldite (registered trademark)” MY720, “Araldite (registered trademark)” MY721, “Araldite (registered trademark)” MY9512, “ Araldite (registered trademark) “MY9663 (manufactured by Huntsman Advanced Materials)”, “Epototo (registered trademark)” YH-434 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), and the like.

メタキシレンジアミン型のエポキシ樹脂の市販品としては、TETRAD−X(三菱ガス化学(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of a metaxylenediamine type epoxy resin, TETRAD-X (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) can be mentioned.

1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型のエポキシ樹脂の市販品としては、TETRAD−C(三菱ガス化学(株)製)が挙げられる。   Examples of commercially available 1,3-bisaminomethylcyclohexane type epoxy resins include TETRAD-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.).

イソシアヌレート型のエポキシ樹脂の市販品としては、TEPIC−P(日産化学工業(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of an isocyanurate type epoxy resin, TEPIC-P (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) can be mentioned.

アミノフェノール型のエポキシ樹脂の市販品としては、ELM120やELM100(以上、住友化学(株)製)、“jER(登録商標)”630(三菱化学(株)製)、および“アラルダイト(登録商標)”MY0600、“アラルダイト(登録商標)”MY0610“アラルダイト(登録商標)”MY0510(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)などが挙げられる。   Commercially available products of aminophenol type epoxy resins include ELM120 and ELM100 (above, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “jER (registered trademark)” 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and “Araldite (registered trademark)”. "MY0600", "Araldite (registered trademark)" MY0610 "Araldite (registered trademark)" MY0510 (manufactured by Huntsman Advanced Materials).

トリスヒドロキシフェニルメタン型のエポキシ樹脂の市販品としては、Tactix742(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)が挙げられる。   As a commercially available product of the trishydroxyphenylmethane type epoxy resin, Tactix 742 (manufactured by Huntsman Advanced Materials) may be mentioned.

テトラフェニロールエタン型のエポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”1031S(三菱化学(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of the tetraphenylolethane type epoxy resin, “jER (registered trademark)” 1031S (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) can be mentioned.

ビナフタレン骨格を有する多官能エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”HP4700(DIC(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available polyfunctional epoxy resins having a binaphthalene skeleton include “Epiclon (registered trademark)” HP4700 (manufactured by DIC Corporation).

ナフタレン骨格を含有する多官能エポキシ樹脂の市販品としては、NC−7300(日本化薬(株)製)、“エポトート(登録商標)”ESN−175、“エポトート(登録商標)”ESN−375(以上東都化成(株)製)なども挙げられる。   Commercially available polyfunctional epoxy resins containing a naphthalene skeleton include NC-7300 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), “Epototo (registered trademark)” ESN-175, “Epototo (registered trademark)” ESN-375 ( As mentioned above, Toto Kasei Co., Ltd.) is also included.

ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”HP7200(DIC(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include “Epiclon (registered trademark)” HP7200 (manufactured by DIC Corporation).

フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、DEN431やDEN438(以上、ダウケミカル社製)および“jER(登録商標)”152(三菱化学(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available phenol novolac epoxy resins include DEN431 and DEN438 (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and “jER (registered trademark)” 152 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

オルソクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂の市販品としては、EOCN−1020(日本化薬(株)製)や“エピクロン(登録商標)”N−660(DIC(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available orthocresol novolak epoxy resins include EOCN-1020 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and “Epiclon (registered trademark)” N-660 (manufactured by DIC Corporation).

ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“EPON(登録商標)”825(三菱化学(株)製)、“jER(登録商標)”828(三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”850(DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD―128(東都化成(株)製)、およびDER―331やDER−332(以上、ダウケミカル社製)などが挙げられる。   Commercially available products of bisphenol A type epoxy resins include “EPON (registered trademark)” 825 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and “Epicron (registered trademark)”. ) “850 (manufactured by DIC Corporation)”, “Epototo (registered trademark)” YD-128 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), DER-331, DER-332 (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), etc. .

固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1002、“jER(登録商標)”1003、“jER(登録商標)”1004AF“jER(登録商標)”1055、“jER(登録商標)”1007、“jER(登録商標)”1009および“jER(登録商標)”1010(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。   As commercial products of solid bisphenol A type epoxy resin, “jER (registered trademark)” 1001, “jER (registered trademark)” 1002, “jER (registered trademark)” 1003, “jER (registered trademark)” 1004AF “jER” (Registered trademark) “1055”, “jER (registered trademark)” 1007, “jER (registered trademark)” 1009, and “jER (registered trademark)” 1010 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”806、“jER(登録商標)”807および“jER(登録商標)”1750(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”830(DIC(株)製)および“エポトート(登録商標)”YD―170(東都化成(株)製)などが挙げられる。   Commercially available products of bisphenol F type epoxy resin include “jER (registered trademark)” 806, “jER (registered trademark)” 807 and “jER (registered trademark)” 1750 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epiclon”. (Registered trademark) "830 (manufactured by DIC Corporation)" and "Epototo (registered trademark)" YD-170 (manufactured by Toto Kasei Corporation).

固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”4002、 “jER(登録商標)”4004P、“jER(登録商標)”4005P、“jER(登録商標)”4007Pおよび“jER(登録商標)”4010P(以上、三菱化学(株)製)、“エポトート(登録商標)”YDF2001(東都化成(株)製)などが挙げられる。   Commercially available products of solid bisphenol F type epoxy resin include “jER (registered trademark)” 4002, “jER (registered trademark)” 4004P, “jER (registered trademark)” 4005P, “jER (registered trademark)” 4007P and “ jER (registered trademark) "4010P (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)," Epototo (registered trademark) "YDF2001 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), and the like.

レゾルシノール型エポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール(登録商標)”EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available resorcinol-type epoxy resins include “Denacol (registered trademark)” EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

ビフェニル型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”YX4000および“jER(登録商標)”YL6677(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available biphenyl type epoxy resins include “jER (registered trademark)” YX4000 and “jER (registered trademark)” YL6677 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

ウレタン変性エポキシ樹脂の市販品としては、AER4152(旭化成エポキシ(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available urethane-modified epoxy resins include AER4152 (manufactured by Asahi Kasei Epoxy Corporation).

ヒダントイン型のエポキシ樹脂の市販品としては、AY238(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)が挙げられる。   A commercial product of a hydantoin type epoxy resin includes AY238 (manufactured by Huntsman Advanced Materials).

ビスアリールフルオレン骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、オグソールPG、オグソールPG−100、オグソールEG(以上、大阪ガスケミカル(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available epoxy resins having a bisarylfluorene skeleton include Ogsol PG, Ogsol PG-100, and Ogsol EG (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.).

グリシジルアニリン型のエポキシ樹脂の市販品としては、GANやGOT(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available products of glycidyl aniline type epoxy resins include GAN and GOT (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).

1官能のエポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール (登録商標) ”Ex−731(グリシジルフタルイミド)、“デナコール(登録商標)”Ex−141(フェニルグリシジルエーテル)、“デナコール(登録商標)”Ex−146(p−ターシャリブチルフェニルグリシジルエーテル)、“デナコール(登録商標)”Ex−147(ジブロモフェニルグリシジルエーテル)(以上、ナガセケムテックス(株)製)、およびOPP−G(o−フェニルフェニルグリシジルエーテル、三光(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available monofunctional epoxy resins include “Denacol (registered trademark)” Ex-731 (glycidyl phthalimide), “Denacol (registered trademark)” Ex-141 (phenylglycidyl ether), “Denacol (registered trademark)” Ex. -146 (p-tertiarybutylphenyl glycidyl ether), “Denacol (registered trademark)” Ex-147 (dibromophenyl glycidyl ether) (manufactured by Nagase ChemteX Corporation), and OPP-G (o-phenylphenyl) Glycidyl ether, manufactured by Sanko Co., Ltd.).

本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、前記以外にも、前述のエポキシ樹脂とその他の熱硬化性樹脂の共重合体、変性体およびこれらの2種類以上をブレンドした樹脂組成物なども用いることができる。   As the epoxy resin used in the present invention, in addition to the above, it is also possible to use a copolymer of the above-described epoxy resin and other thermosetting resin, a modified body, and a resin composition obtained by blending two or more of these. it can.

エポキシ樹脂と共重合させて用いられる上記の熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂と共重合させて用いられる上記の熱硬化性樹脂は、1種を用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the thermosetting resin used by being copolymerized with an epoxy resin include unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, and polyimide resin. It is done. The thermosetting resin used by copolymerizing with an epoxy resin may be used alone or in combination of two or more.

エポキシ樹脂やエポキシ樹脂と熱硬化性樹脂を共重合させたもの、またエポキシ樹脂の変性体は、単独で用いてもよいし2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。複数のエポキシ樹脂を組み合わせて用いることで前述のとおり多様な特性を追加することができる。   An epoxy resin, an epoxy resin copolymerized with a thermosetting resin, or a modified epoxy resin may be used alone or in combination of two or more. Various characteristics can be added as described above by using a plurality of epoxy resins in combination.

本発明のプリプレグにおける構成要素[C]の熱硬化性樹脂組成物において、[C2]コアシェルゴム粒子は炭素繊維強化複合材料のマイクロクラック耐性を向上させるために必須の成分である。構成要素[C]の熱硬化性樹脂組成物に[C2]コアシェルゴム粒子を配合することは、2軸以上の織物プリプレグを経由する炭素繊維強化複合材料の機械特性(引張強度)の向上にも効果的である。ここでコアシェルゴム粒子とは、架橋ゴム等のポリマーを主成分とする粒子状のコア部分と、コア部分とは異なるポリマーをグラフト重合するなどの方法でコア表面の一部あるいは全体を被覆した粒子を意味する。   In the thermosetting resin composition of component [C] in the prepreg of the present invention, [C2] core-shell rubber particles are an essential component for improving the microcrack resistance of the carbon fiber reinforced composite material. Adding [C2] core-shell rubber particles to the thermosetting resin composition of component [C] also improves the mechanical properties (tensile strength) of the carbon fiber reinforced composite material passing through biaxial or more woven prepregs. It is effective. Here, the core-shell rubber particles are particles in which a part of or the whole of the core surface is coated by a method such as graft polymerization of a particulate core part mainly composed of a polymer such as a crosslinked rubber and a polymer different from the core part. Means.

前記コアシェルゴム粒子のコア部分としては、共役ジエン系モノマー、アクリル酸エステル系モノマー、メタクリル酸エステル系モノマーより選ばれる1種または複数種から重合されたポリマー、またはシリコーン樹脂などを用いることができる。具体的には、例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンが挙げることができ、これらを単独でもしくは複数種用いて構成される架橋したポリマーであることが好ましい。特に得られる重合体の性質が良好であり、重合が容易であることから、かかる共役ジエン系モノマーとしてブタジエンを用いること、すなわち、コア成分としてブタジエンを含むモノマーから重合されたポリマーであることが好ましい。本発明における炭素繊維強化複合材料の環境疲労特性すなわちマイクロクラック耐性を効果的に発現させるためには、[C]熱硬化性樹脂組成物に配合するコアシェルゴム粒子のコア部分のガラス転移温度Tgが−50℃以下であることがより好ましい。   As the core portion of the core-shell rubber particles, a polymer polymerized from one or more selected from a conjugated diene monomer, an acrylate monomer, and a methacrylate ester monomer, or a silicone resin can be used. Specifically, for example, butadiene, isoprene, and chloroprene can be mentioned, and a crosslinked polymer constituted by using these alone or in plural kinds is preferable. Particularly, since the properties of the obtained polymer are good and the polymerization is easy, it is preferable to use butadiene as the conjugated diene monomer, that is, a polymer polymerized from a monomer containing butadiene as the core component. . In order to effectively develop the environmental fatigue characteristics of the carbon fiber reinforced composite material in the present invention, that is, the microcrack resistance, [C] the glass transition temperature Tg of the core portion of the core-shell rubber particles blended in the thermosetting resin composition is More preferably, it is −50 ° C. or lower.

コアシェルゴム粒子を構成するシェル成分は、前記したコア成分にグラフト重合されており、コア成分を構成するポリマー粒子と化学結合していることが好ましい。かかるシェル成分を構成する成分としては、例えば(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物等から選ばれた1種または複数種から重合された重合体である。また、該シェル成分には分散状態を安定化させるために、本発明の[C]熱硬化性樹脂組成物に含まれる成分、すなわち[C1]熱硬化性樹脂またはその硬化剤成分と反応する官能基が導入されていることが好ましい。このような官能基が導入されている場合、熱硬化性樹脂との親和性が向上し、また最終的には熱硬化性樹脂組成物と反応して硬化物に取り込まれることが可能であるため、良好な分散性が達成できる。この結果、少量の配合でも十分な靱性向上効果が得られ、Tg弾性率を維持しつつの靱性向上が可能となる。かかる官能基としては、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基が挙げられる。このような官能基をシェル部分に導入する方法としては、このような官能基を含むアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類等の一種類または複数の成分を、モノマーの一部成分としてコア表面にグラフト重合するなどの方法が挙げられる。   The shell component that constitutes the core-shell rubber particles is preferably graft-polymerized to the above-described core component and is chemically bonded to the polymer particles that constitute the core component. The component constituting the shell component is, for example, a polymer polymerized from one or more selected from (meth) acrylic acid esters, aromatic vinyl compounds and the like. In addition, in order to stabilize the dispersion state of the shell component, the component contained in the [C] thermosetting resin composition of the present invention, that is, [C1] a functional group that reacts with the thermosetting resin or its curing agent component. It is preferred that a group is introduced. When such a functional group is introduced, the affinity with the thermosetting resin is improved, and finally it can react with the thermosetting resin composition and be incorporated into the cured product. Good dispersibility can be achieved. As a result, a sufficient toughness improving effect can be obtained even with a small amount of blending, and toughness can be improved while maintaining the Tg elastic modulus. Examples of such functional groups include a hydroxyl group, a carboxyl group, and an epoxy group. As a method for introducing such a functional group into the shell portion, one or more components such as acrylic acid esters and methacrylic acid esters containing such a functional group are used as part of the monomer on the core surface. Examples thereof include a graft polymerization method.

構成要素[C]に含まれる[C2]コアシェルゴム粒子は、体積平均粒子径が1000nmの範囲内にあることが好ましい。特に50〜300nmであることが好ましく、50〜150nmであることがより好ましい。なお、体積平均粒子径はナノトラック粒度分布測定装置(日機装(株)製、動的光散乱法)を用いて測定することができる。あるいは、マイクロトームで作成した硬化物の薄切片をTEM観察し、得られたTEM像から画像処理ソフトを用いて体積平均粒子径を測定することもできる。この場合、少なくとも100個以上の粒子の平均値を用いることが必要である。体積平均粒子径が50nm以上の場合、コアシェルゴム粒子の比表面積が適度に小さくエネルギー的に有利になるため凝集が起きにくく、靱性向上効果が高い。一方、体積平均粒子径が300nm以下の場合、コアシェルゴム粒子間の距離が適度に小さくなり、靱性向上効果が高い。   The [C2] core-shell rubber particles contained in the component [C] preferably have a volume average particle diameter in the range of 1000 nm. In particular, it is preferably 50 to 300 nm, and more preferably 50 to 150 nm. The volume average particle diameter can be measured using a nanotrack particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., dynamic light scattering method). Alternatively, a thin section of a cured product prepared with a microtome can be observed with a TEM, and the volume average particle diameter can be measured from the obtained TEM image using image processing software. In this case, it is necessary to use an average value of at least 100 particles. When the volume average particle diameter is 50 nm or more, the specific surface area of the core-shell rubber particles is moderately small and advantageous in terms of energy, so that aggregation does not easily occur and the effect of improving toughness is high. On the other hand, when the volume average particle diameter is 300 nm or less, the distance between the core-shell rubber particles is appropriately reduced, and the effect of improving toughness is high.

構成要素[C]に含まれる[C2]コアシェルゴム粒子の製造方法については特に制限はなく、周知の方法で製造されたものを使用できる。コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(Rohm&Haas社製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド (登録商標)”AC−3355、TR−2122(ガンツ化成(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“パラロイド(PARALOID)(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(Rohm&Haas社製)等を使用することができる。また、スタフィロイドIM−601、IM−602(以上ガンツ化成(株)製)等の、ガラス転移温度が室温以上のガラス状ポリマーのコア層をTgの低いゴム状ポリマーの中間層で被い、さらにその周りをシェル層で被った、3層構造を有するコアシェルゴム粒子も使用することができる。通常、これらのコアシェルゴム粒子は塊状で取り出されたものを粉砕して粉体として取り扱われており、粉体状コアシェルゴムを再度熱硬化性樹脂組成物中に分散させることが多い。しかしながら、この方法では粒子を凝集のない状態、すなわち一次粒子の状態で安定に分散させることが難しいという問題がある。この問題に対して、コアシェルゴム粒子の製造過程から一度も塊状で取り出すことなく、最終的には熱硬化性樹脂の一成分、例えばエポキシ樹脂中に一次粒子で分散したマスターバッチの状態で取り扱うことができるものを用いることで、好ましい分散状態を得ることができる。このようなマスターバッチの状態で取り扱えるコアシェルゴム粒子としては、例えば、特開2004−315572号公報に記載の方法で製造することができる。この製造方法では、まず、コアシェルゴムを乳化重合、分散重合、懸濁重合に代表される水媒体中で重合する方法を用いてコアシェルゴム粒子が分散した懸濁液を得る。次に、かかる懸濁液に水と部分溶解性を示す有機溶媒、例えばアセトンやメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒や、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒を混合後、水溶性電解質、例えば塩化ナトリウムや塩化カリウムを接触させ、有機溶媒層と水層を相分離させ、水層を分離除去して得られたコアシェルゴム粒子が分散した有機溶媒を得る。その後、エポキシ樹脂を混合した後、有機溶媒を蒸発除去し、コアシェルゴム粒子がエポキシ樹脂中に一次粒子の状態で分散したマスターバッチを得る。かかる方法で製造されたコアシェルゴム粒子分散エポキシマスターバッチとしては、(株)カネカから市販されている“カネエース(登録商標)”を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of [C2] core-shell rubber particle contained in component [C], The thing manufactured by the well-known method can be used. Commercially available core-shell rubber particles include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (Rohm & Haas) made of butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, acrylic ester / methacrylate copolymer. "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355, TR-2122 (manufactured by Gantz Kasei Co., Ltd.), "PARALOID (registered trademark)" EXL-2611 made of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas) or the like can be used. Further, a glassy polymer core layer having a glass transition temperature of room temperature or higher, such as Staphyloid IM-601, IM-602 (manufactured by Gantz Kasei Co., Ltd.) is covered with a rubbery polymer intermediate layer having a low Tg, Furthermore, a core-shell rubber particle having a three-layer structure, which is covered with a shell layer, can also be used. Usually, these core-shell rubber particles are handled in the form of a powder obtained by pulverizing them, and the powdered core-shell rubber is often dispersed again in the thermosetting resin composition. However, this method has a problem that it is difficult to stably disperse particles in a state without aggregation, that is, in a state of primary particles. To deal with this problem, do not remove the core-shell rubber particles once from the manufacturing process, but finally handle them in the form of a masterbatch dispersed in one component of a thermosetting resin, for example, an epoxy resin. A preferable dispersion state can be obtained by using a material that can be used. The core-shell rubber particles that can be handled in such a masterbatch state can be produced, for example, by the method described in JP-A No. 2004-315572. In this production method, first, a suspension in which core-shell rubber particles are dispersed is obtained by a method of polymerizing core-shell rubber in an aqueous medium represented by emulsion polymerization, dispersion polymerization, and suspension polymerization. Next, an organic solvent having partial solubility with water, such as a ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, or an ether solvent such as tetrahydrofuran or dioxane, is mixed into the suspension, and then a water-soluble electrolyte such as sodium chloride or chloride. Potassium is contacted, the organic solvent layer and the aqueous layer are phase-separated, and the aqueous layer is separated and removed to obtain an organic solvent in which core-shell rubber particles obtained are dispersed. Thereafter, after mixing the epoxy resin, the organic solvent is removed by evaporation to obtain a master batch in which the core-shell rubber particles are dispersed in the state of primary particles in the epoxy resin. As the core-shell rubber particle-dispersed epoxy masterbatch produced by such a method, “Kane Ace (registered trademark)” commercially available from Kaneka Corporation can be used.

構成要素[C]中の[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)は、[C]全熱硬化性樹脂組成物100質量部のうち、1〜12質量部であることが好ましく、1〜10質量部であることがより好ましい。含有量を1質量部以上とした場合、さらに高破壊靱性の硬化物が得られ、含有量を12質量部以下とした場合、さらに高弾性率の硬化物が得られる。[C]熱硬化性樹脂組成物中の[C2]コアシェルゴム粒子の分散性という観点では、含有量10質量部以下が好ましい。   The content ratio (parts by mass) of [C2] core-shell rubber particles in component [C] is preferably 1 to 12 parts by mass in 100 parts by mass of [C] total thermosetting resin composition. More preferably, it is 10 mass parts. When the content is 1 part by mass or more, a cured product with higher fracture toughness is obtained, and when the content is 12 parts by mass or less, a cured product with higher elastic modulus is obtained. [C] In view of dispersibility of [C2] core-shell rubber particles in the thermosetting resin composition, the content is preferably 10 parts by mass or less.

[C]中に[C2]コアシェルゴム粒子を混合する方法としては、一般に用いられる分散方法を用いることが出来る。例えば三本ロール、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ホモジナイザー、自転・公転ミキサーなどを用いる方法があげられる。また、前述のコアシェルゴム粒子分散エポキシマスターバッチを混合する方法も好ましく用いることが出来る。ただし、一次粒子の状態で分散していても、必要以上の加熱や粘度の低下によって再凝集が起こることがある。したがって、コアシェルゴム粒子の分散・配合、および分散後に他成分と混合・混練する場合は、コアシェルゴム粒子の再凝集が起こらない温度・粘度の範囲で行うことが好ましい。具体的には、組成物により異なるが、例えば、150℃以上の温度で混練した場合、組成物の粘度が下がり凝集が起こる可能性があるので、それより低い温度で混練することが好ましい。ただし、硬化プロセス中で150℃以上に達する場合については、昇温時にゲル化が伴って再凝集が妨げられるから、150℃を超えることが出来る。   As a method of mixing [C2] core-shell rubber particles in [C], a commonly used dispersion method can be used. For example, a method using a three-roll, ball mill, bead mill, jet mill, homogenizer, rotation / revolution mixer and the like can be mentioned. Moreover, the method of mixing the above core-shell rubber particle-dispersed epoxy masterbatch can also be preferably used. However, even when dispersed in the form of primary particles, reaggregation may occur due to excessive heating or a decrease in viscosity. Therefore, when the core-shell rubber particles are dispersed and blended and mixed and kneaded with other components after the dispersion, it is preferably performed within a temperature and viscosity range in which re-aggregation of the core-shell rubber particles does not occur. Specifically, although it varies depending on the composition, for example, when kneading is performed at a temperature of 150 ° C. or higher, the viscosity of the composition may decrease and aggregation may occur. Therefore, it is preferable to knead at a lower temperature. However, in the case where the temperature reaches 150 ° C. or higher during the curing process, re-aggregation is hindered due to gelation at the time of temperature rise, and thus it can exceed 150 ° C.

本発明のプリプレグにおける[C]熱硬化性樹脂組成物は、炭素繊維強化複合材料マイクロクラック耐性をより高め、かつ機械特性、特に引張強度を向上させるため、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を含むことが必須である。前述の通り、[C3]が[C1]熱硬化性樹脂に可溶であることは、得られる炭素繊維強化複合材料の機械特性、マイクロクラック耐性、さらには耐溶剤性を向上させるために重要である。熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を配合することで、プリプレグにおけるマトリックス樹脂の粘弾性をコントロールし、プリプレグの取扱い性を向上させる効果もある。   The [C] thermosetting resin composition in the prepreg of the present invention increases the resistance against carbon fiber reinforced composite material microcracks and improves mechanical properties, particularly tensile strength. It is essential to include a thermoplastic resin that is soluble in the resin. As described above, it is important that [C3] is soluble in [C1] thermosetting resin in order to improve the mechanical properties, microcrack resistance, and solvent resistance of the obtained carbon fiber reinforced composite material. is there. By blending a soluble thermoplastic resin with the thermosetting resin, the viscoelasticity of the matrix resin in the prepreg is controlled, and there is an effect of improving the handleability of the prepreg.

このような熱可塑性樹脂としては、一般に、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、チオエーテル結合、スルホン結合およびカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂であることが好ましいが、部分的に架橋構造を有していても差し支えない。また、これらの熱可塑性樹脂は、結晶性を有していても非晶性であってもよい。より具体的には、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリビニルホルマール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾール等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。   Such thermoplastic resins are generally selected from the group consisting of carbon-carbon bonds, amide bonds, imide bonds, ester bonds, ether bonds, carbonate bonds, urethane bonds, thioether bonds, sulfone bonds and carbonyl bonds in the main chain. A thermoplastic resin having a selected bond is preferable, but it may have a partially crosslinked structure. Moreover, these thermoplastic resins may have crystallinity or may be amorphous. More specifically, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyvinyl formal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, Examples include polyaramid, polyether nitrile, and polybenzimidazole. These thermoplastic resins may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more types as appropriate.

樹脂硬化物の耐熱性や靱性、および未硬化の樹脂の粘度制御の面から、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドが好ましく用いられる。ポリエーテルスルホンの市販品としては、“スミカエクセル(登録商標)”PES3600P、PES5003P、PES5200P、PES7600P(以上、住友化学(株)製)、“Ultrason(登録商標)”E2020P、E6020P(以上 BASFplastics製)などが挙げられる。ポリエーテルイミドの市販品としては、“Ultem(登録商標)”1000、“Ultem(登録商標)”1010、“Ultem(登録商標)”1040(以上、SABICイノベーティブプラスチックス(株)製)などが挙げられる。   From the viewpoints of heat resistance and toughness of the cured resin and viscosity control of the uncured resin, polyethersulfone and polyetherimide are preferably used. As commercially available products of polyethersulfone, “Sumika Excel (registered trademark)” PES3600P, PES5003P, PES5200P, PES7600P (above, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Ultrason (registered trademark)” E2020P, E6020P (above, manufactured by BASFplastics) Etc. Examples of commercially available polyetherimides include “Ultem (registered trademark)” 1000, “Ultem (registered trademark)” 1010, “Ultem (registered trademark)” 1040 (above, manufactured by SABIC Innovative Plastics Co., Ltd.), and the like. It is done.

これらの[C3]熱可塑性樹脂成分を[C]熱硬化性樹脂組成物に配合する方法としては、例えば、熱硬化性樹脂組成物の硬化時に[C1]に溶解するように微細な粉末として混合することも可能であるが、樹脂硬化物または繊維強化複合材料としたときの耐溶剤性をより高める観点から、前述の通り、[C1]熱硬化性樹脂成分に溶解させて配合することが好ましい。溶解させて混合することによって、熱硬化性樹脂組成物中に熱可塑性樹脂が均一に分布しやすくなり、硬化させて得られる樹脂硬化物中の耐溶剤性の向上や、得られる炭素繊維強化複合材料の引張強度特性に効果を発現する。[C3]を[C1]に溶解させる方法としては、混合物を加熱撹拌する方法の他、熱可塑性樹脂をアセトン、メチルエチルケトン、トルエン等の熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の両方と親和性のある溶媒、すなわち共通溶媒に溶解し、それを[C1]の熱硬化性樹脂に混合して均一としたのちに加熱、減圧等の方法を用いて溶媒を留去する方法などが挙げられる。   As a method of blending these [C3] thermoplastic resin components into the [C] thermosetting resin composition, for example, it is mixed as a fine powder so as to dissolve in [C1] when the thermosetting resin composition is cured. However, from the viewpoint of further improving the solvent resistance when the resin cured product or the fiber reinforced composite material is used, it is preferable to dissolve and mix in the [C1] thermosetting resin component as described above. . By dissolving and mixing, the thermoplastic resin is easily distributed uniformly in the thermosetting resin composition, and the solvent resistance in the cured resin obtained by curing is improved, and the resulting carbon fiber reinforced composite It produces an effect on the tensile strength characteristics of the material. As a method of dissolving [C3] in [C1], in addition to a method of heating and stirring the mixture, the thermoplastic resin is a solvent having affinity with both a thermoplastic resin such as acetone, methyl ethyl ketone, and toluene and a thermosetting resin. That is, a method in which the solvent is dissolved in a common solvent, mixed with the thermosetting resin [C1] and made uniform, and then the solvent is distilled off by using a method such as heating and decompression, and the like.

これらの熱可塑性樹脂は、本発明で用いられる熱硬化性樹脂との親和性の観点から、[C1]熱硬化性樹脂またはその硬化剤成分と反応し得る官能基を末端または分子鎖中に有することが好ましい。[C1]熱硬化性樹脂またはその硬化剤成分と反応し得る官能基を有することで、硬化中に分離、析出して不均一となることを防ぎやすくなり、前述の通り、耐溶剤性をより高めることができる。   These thermoplastic resins have a functional group capable of reacting with the [C1] thermosetting resin or its curing agent component in the terminal or molecular chain from the viewpoint of affinity with the thermosetting resin used in the present invention. It is preferable. [C1] Having a functional group capable of reacting with the thermosetting resin or its curing agent component makes it easier to prevent separation and precipitation during curing and to prevent non-uniformity. Can be increased.

本発明の[C]熱硬化性樹脂組成物中の[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)は、[C]熱硬化性樹脂組成物の合計100質量部のうち、好ましくは熱可塑性樹脂の含有割合が2〜40質量部であり、より好ましくは2〜25質量部の範囲である。[C3]熱可塑性樹脂の含有量が多すぎる場合、樹脂組成物の粘度が上昇し、樹脂組成物およびプリプレグの製造プロセス性や取り扱い性を損ねることがあったり、[C2]コアシェルゴム粒子が[C]熱硬化性樹脂組成物中に良好に分散せず、マイクロクラックを十分に抑制できない場合がある。[C2]コアシェルゴム粒子が[C]熱硬化性樹脂組成物中に、さらに良好に分散させるためには、[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)は、[C]熱硬化性樹脂組成物の合計100質量部のうち、好ましくは熱可塑性樹脂の含有割合が2〜15質量部であり、より好ましくは2〜8質量部の範囲である。[C2]コアシェルゴム粒子が[C]熱硬化性樹脂組成物中に、さらに良好に分散すると、[C3]熱可塑性樹脂の含有割合が少量でありながら、高いマイクロクラック耐性を発現することができる。   The content ratio (parts by mass) of the [C3] thermoplastic resin in the [C] thermosetting resin composition of the present invention is preferably thermoplastic among the total 100 parts by mass of the [C] thermosetting resin composition. The resin content is 2 to 40 parts by mass, more preferably 2 to 25 parts by mass. [C3] When the content of the thermoplastic resin is too large, the viscosity of the resin composition increases, which may impair the processability and handleability of the resin composition and the prepreg, or [C2] the core-shell rubber particles [ C] There is a case where the microcracks are not sufficiently suppressed because they are not well dispersed in the thermosetting resin composition. [C2] In order for the core-shell rubber particles to be more satisfactorily dispersed in the [C] thermosetting resin composition, the content ratio (parts by mass) of [C3] thermoplastic resin is [C] thermosetting resin. Of the total 100 parts by mass of the composition, the thermoplastic resin content is preferably 2 to 15 parts by mass, more preferably 2 to 8 parts by mass. [C2] When the core-shell rubber particles are further satisfactorily dispersed in the [C] thermosetting resin composition, [C3] a high microcrack resistance can be expressed while the content ratio of the thermoplastic resin is small. .

本発明の[C]熱硬化性樹脂組成物中の[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)との比は、[C]熱硬化性樹脂組成物中の[C2]コアシェルゴム粒子の分散性という観点から、好ましくは0.2:1〜5:1の範囲であり、さらに好ましくは0.3:1〜5:1の範囲であり、特に好ましくは1:1〜5:1の範囲である。[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合との比を上記範囲に制御することで、[C]熱硬化性樹脂組成物中の[C3]熱可塑性樹脂の含有割合と[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合が適正化され、[C2]コアシェルゴム粒子の分散性をより向上させることができる。特に、[C]熱硬化性樹脂組成物100質量部のうち[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合が1〜10質量部の範囲、かつ、[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)が2〜8質量部の範囲の中で、上記含有割合の比とすることが、よりいっそう分散性の観点から好ましい。結果、得られる繊維強化複合材料は、高いマイクロクラック耐性と高い引張強度の発現を高度に両立することが可能となる。   The ratio of the content ratio (parts by mass) of [C2] core-shell rubber particles in the [C] thermosetting resin composition of the present invention to the content ratio (parts by mass) of [C3] thermoplastic resin is [C] heat From the viewpoint of dispersibility of [C2] core-shell rubber particles in the curable resin composition, it is preferably in the range of 0.2: 1 to 5: 1, and more preferably in the range of 0.3: 1 to 5: 1. And particularly preferably in the range of 1: 1 to 5: 1. [C2] Inclusion of [C3] thermoplastic resin in thermosetting resin composition by controlling the ratio of the content ratio of [C2] core-shell rubber particles and the content ratio of [C3] thermoplastic resin to the above range The ratio and the content ratio of [C2] core-shell rubber particles are optimized, and the dispersibility of [C2] core-shell rubber particles can be further improved. Particularly, the content ratio of [C2] core-shell rubber particles is 1 to 10 parts by mass in 100 parts by mass of [C] thermosetting resin composition, and the content ratio (parts by mass) of [C3] thermoplastic resin. In the range of 2 to 8 parts by mass, it is more preferable from the viewpoint of dispersibility to make the content ratio described above. As a result, the obtained fiber reinforced composite material can highly balance both high microcrack resistance and high tensile strength.

本発明のプリプレグにおける[C]熱硬化性樹脂組成物は、含有する[C1]熱硬化性樹脂を熱または光や電子線などの外部からのエネルギーによって硬化させるために、硬化剤成分または硬化触媒成分を含むことができる。使用する熱硬化性樹脂の種類や用途、使用環境に応じて、熱硬化性樹脂の種類と硬化剤または硬化触媒を適宜選択することができるが、前述の通り、低硬化収縮性、硬化物の耐熱性、耐薬品性、機械特性および炭素繊維との接着性の観点から、[C1]熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましく用いられ、したがって、硬化剤成分としてはエポキシ樹脂硬化剤またはエポキシ樹脂の硬化触媒が好ましく用いられる。   The [C] thermosetting resin composition in the prepreg of the present invention contains a curing agent component or a curing catalyst in order to cure the contained [C1] thermosetting resin by heat or external energy such as light or electron beam. Ingredients can be included. Depending on the type and application of the thermosetting resin used, and the usage environment, the type of thermosetting resin and the curing agent or curing catalyst can be selected as appropriate. From the viewpoints of heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and adhesion to carbon fiber, [C1] an epoxy resin is preferably used as the thermosetting resin, and therefore the epoxy resin curing agent or epoxy resin is used as the curing agent component. The curing catalyst is preferably used.

本発明において用いられるエポキシ樹脂硬化剤は、前記のエポキシ樹脂の硬化剤であり、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物である。エポキシ樹脂硬化剤は樹脂組成物を硬化させた際に架橋密度を適切にし、十分な剛性と耐熱性を与える。硬化剤としては、エポキシ基との反応性を有する官能基を有するものであれば特に限定されないが、より具体的には、例えば、ジシアンジアミド、芳香族ポリアミン、アミノ安息香酸エステル類、各種酸無水物、フェノール化合物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリフェノール化合物、イミダゾール誘導体、脂肪族アミン、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物のようなカルボン酸無水物、カルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリメルカプタンおよび三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などが挙げられる。   The epoxy resin curing agent used in the present invention is a curing agent for the above-mentioned epoxy resin, and is a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group. The epoxy resin curing agent makes the crosslinking density appropriate when the resin composition is cured, and provides sufficient rigidity and heat resistance. The curing agent is not particularly limited as long as it has a functional group having reactivity with an epoxy group. More specifically, for example, dicyandiamide, aromatic polyamine, aminobenzoic acid esters, various acid anhydrides. , Phenol compounds, phenol novolac resins, cresol novolac resins, polyphenol compounds, imidazole derivatives, aliphatic amines, tetramethylguanidine, thiourea addition amines, carboxylic acid anhydrides such as methylhexahydrophthalic anhydride, carboxylic acid hydrazides, And Lewis acid complexes such as carboxylic acid amides, polymercaptans, and boron trifluoride ethylamine complexes.

エポキシ樹脂硬化剤が芳香族ポリアミン芳香族ポリアミンである場合、耐熱性の良好なエポキシ樹脂硬化物が得られるので好ましい。また、エポキシ樹脂硬化剤が酸無水物である場合、アミン化合物硬化に比べ吸水率の低い硬化物を与えるので、これも好ましい。   When the epoxy resin curing agent is an aromatic polyamine aromatic polyamine, an epoxy resin cured product with good heat resistance is obtained, which is preferable. Moreover, when an epoxy resin hardening | curing agent is an acid anhydride, since the hardened | cured material with a low water absorption is given compared with amine compound hardening, this is also preferable.

芳香族ポリアミンの具体例としては、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン、フェニレンジアミンやそれらの各種誘導体および位置異性体が挙げられる。芳香族ポリアミン硬化剤の市販品としては、例えば、“セイカキュア(登録商標)”S(和歌山精化工業(株)製)、MDA−220(三井化学(株)製)、“jERキュア(登録商標)”W(三菱化学(株)製)、3,3’−DAS(三井化学(株)製)、“Lonza Cure(登録商標)”M−DIPA(Lonza(株)製)、および“Lonza Cure(登録商標)”M−MIPA(Lonza(株)製)などが挙げられる。   Specific examples of the aromatic polyamine include diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylmethane, phenylenediamine, and various derivatives and positional isomers thereof. Examples of commercially available aromatic polyamine curing agents include “Seika Cure (registered trademark)” S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), MDA-220 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), and “jER Cure (registered trademark). ) "W (Mitsubishi Chemical Corporation), 3,3'-DAS (Mitsui Chemicals)", "Lonza Cure (registered trademark)" M-DIPA (Lonza Corporation), and "Lonza Cure" (Registered trademark) “M-MIPA (Lonza Co., Ltd.)” and the like.

酸無水物硬化剤の具体例としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルジヒドロ無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、シクロペンタンテトラカルボン酸ジアンヒドリド、無水ナジック酸、メチル無水ナジック酸、ビシクロ(2.2.2)オクト−7−2,3,5,6−テトラカルボン酸ジアンヒドリドなどが挙げられる。メチルテトラヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“リカシッド(登録商標)”MT500(新日本理化(株)製)があげられる。ヘキサヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“リカシッド(登録商標)”HH(新日本理化(株)製),HHPA(丸善石油化学(株)製)が挙げられる。メチルヘキサヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“EPICLON(登録商標)” B−570、“EPICLON(登録商標)” B−650(以上DIC(株)製)などが挙げられる。ヘキサヒドロ無水フタル酸とメチルヘキサヒドロフタル酸の混合物の市販品としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸:ヘキサヒドロ無水フタル酸=70:30で配合された“リカシッド(登録商標)”MH700(新日本理化(株)製)が挙げられる。無水メチルナジック酸の市販品としては、“カヤハード(登録商標)”MCD (日本化薬(株)製)が挙げられる。トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“jERキュア(登録商標)”YH−306(三菱化学(株)製)が挙げられる。   Specific examples of the acid anhydride curing agent include methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, methyldihydronaphthic anhydride, methylnadic anhydride, cyclopentanetetra Examples thereof include carboxylic acid dianhydride, nadic anhydride, methyl nadic anhydride, bicyclo (2.2.2) oct-7-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride. A commercially available product of methyltetrahydrophthalic anhydride is “Licacid (registered trademark)” MT500 (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.). Commercially available products of hexahydrophthalic anhydride include “Licacid (registered trademark)” HH (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.) and HHPA (manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.). Commercial products of methylhexahydrophthalic anhydride include “EPICLON (registered trademark)” B-570, “EPICLON (registered trademark)” B-650 (manufactured by DIC Corporation), and the like. As a commercial product of a mixture of hexahydrophthalic anhydride and methylhexahydrophthalic acid, “Rikacid (registered trademark)” MH700 (Shin Nippon Rika Co., Ltd.) formulated with methylhexahydrophthalic anhydride: hexahydrophthalic anhydride = 70: 30 Co., Ltd.). A commercially available product of methyl nadic anhydride is “Kayahard (registered trademark)” MCD (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.). Examples of commercially available trialkyltetrahydrophthalic anhydride include “jER Cure (registered trademark)” YH-306 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

本発明で用いられるエポキシ樹脂硬化剤としては、前記以外にも、これらの硬化剤を潜在化したもの、例えば、アミンアダクトやマイクロカプセル化したものを用いることもできる。このような潜在化させた硬化剤を使用した場合、プリプレグの保存安定性、特にタック性やドレープ性が室温放置しても変化しにくいので、例えば長期の積層時間を有する大型の構造体の製造にも適したものが得られる。   As the epoxy resin curing agent used in the present invention, in addition to those described above, those that make these curing agents latent, for example, amine adducts or microencapsulated ones can also be used. When such a latent curing agent is used, the storage stability of the prepreg, in particular, tackiness and draping properties are difficult to change even when left at room temperature, so for example, production of a large structure having a long lamination time Can also be obtained.

これらのエポキシ樹脂硬化剤およびそれらを潜在化した硬化剤は、1種を単独で用いても2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。前記のポリアミンや酸無水物等と共に、前記のポリアミンのアミノ基を一部アルキル化またはアリール化した2級アミンや、ジフェニルフェニレンジアミンのような2級アミン、また、アニリン誘導体やアミノビフェニル、アミノアントラキノン、フェニルフェノール等の各種の環構造を有するアミノ化合物、フェノール類を組み合わせて用いることによって、繊維強化複合材料の引張強度等の機械特性や、樹脂硬化物の弾性率、靭性を効果的に向上できることがある。また、用途、目的に応じて、硬化触媒となる化合物を組み合わせて用いてもよい。   These epoxy resin curing agents and the curing agents that have made them latent may be used singly or in appropriate combination of two or more. Along with the polyamines and acid anhydrides, secondary amines in which the amino groups of the polyamines are partially alkylated or arylated, secondary amines such as diphenylphenylenediamine, aniline derivatives, aminobiphenyls, aminoanthraquinones By using a combination of amino compounds having various ring structures such as phenylphenol and phenols, the mechanical properties such as tensile strength of the fiber reinforced composite material and the elastic modulus and toughness of the cured resin can be effectively improved. There is. Moreover, you may use combining the compound used as a curing catalyst according to a use and the objective.

樹脂硬化物および繊維強化複合材料としたときに良好な耐熱性、機械特性を発現させるために、融点が50℃以上の、常温で固体の芳香族アミン化合物を硬化剤成分として含むことが好ましい。中でも、ジアミノジフェニルスルホンの各種誘導体、ジアミノジフェニルメタンの各種誘導体が好ましく用いられる。融点が50℃以上の固体の芳香族アミン化合物を用いる場合、微粉末で用いることが好ましく、形状は球状、不定形でも問題はないが、その平均粒径が0.5〜100μmであることが好ましい。0.5μm以下であると、粉末をエポキシ樹脂に混練した際にエポキシ樹脂に溶解し、硬化プロセスの前に徐々に反応が進むことで最終的な複合材料における物性を低下させることがある。また、室温での保管や積層中にも反応が進行してプリプレグのタックやドレープ性を損なうことがある。一方で、100μm以上であると、硬化プロセスで加温しても溶け残ることがあり、その部分が複合材料中の欠陥になることがある。   In order to develop good heat resistance and mechanical properties when the resin cured product and the fiber reinforced composite material are used, it is preferable to include an aromatic amine compound having a melting point of 50 ° C. or higher and solid at room temperature as a curing agent component. Of these, various derivatives of diaminodiphenylsulfone and various derivatives of diaminodiphenylmethane are preferably used. When a solid aromatic amine compound having a melting point of 50 ° C. or higher is used, it is preferably used as a fine powder, and even if the shape is spherical or irregular, there is no problem, but the average particle size is 0.5 to 100 μm. preferable. When the thickness is 0.5 μm or less, the powder may be dissolved in the epoxy resin when kneaded with the epoxy resin, and the physical properties in the final composite material may be lowered due to a gradual reaction before the curing process. In addition, the reaction may proceed during storage at room temperature or during lamination, and the prepreg tack or drape may be impaired. On the other hand, if it is 100 μm or more, it may remain undissolved even if it is heated in the curing process, and that portion may become a defect in the composite material.

本発明のプリプレグにおける[C]熱硬化性樹脂組成物は、硬化させて得られる樹脂硬化物の弾性率が2.5〜4.5GPaであることが好ましい。より好ましくは、2.9GPa〜4.5GPaである。弾性率が2.5GPaより小さい場合は、繊維強化複合材料の圧縮強度が低下することがある。曲げ弾性率が4.5GPaを超える場合は繊維強化複合材料としたときに温度変化によって発生する残留熱応力が大きくなり、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面剥離が発生し、結果としてマイクロクラックを十分に抑制できない場合がある。   [C] The thermosetting resin composition in the prepreg of the present invention preferably has a modulus of elasticity of 2.5 to 4.5 GPa of a cured resin obtained by curing. More preferably, it is 2.9 GPa to 4.5 GPa. When the elastic modulus is smaller than 2.5 GPa, the compressive strength of the fiber reinforced composite material may be lowered. When the flexural modulus exceeds 4.5 GPa, when the fiber reinforced composite material is used, the residual thermal stress generated by the temperature change becomes large, and the interface separation between the carbon fiber and the matrix resin occurs, resulting in sufficient microcracks. It may not be possible to suppress it.

また、マトリックス樹脂には、熱サイクルによる熱ひずみや界面剥離などを起点とするマイクロクラックを抑制し、かつマイクロクラックが発生した場合にその進展を防ぐため、その破壊靭性値が高いことが求められる。具体的には、硬化させて得られる樹脂硬化物の開口モードでの応力拡大係数K1cが0.65〜1.5MPa・m1/2であることが好ましい。K1cが0.65MPa・m1/2を下回る場合、熱サイクルによるマイクロクラックの発生を十分に抑えることができない場合がある。また、1.5MPa・m1/2を超える場合は、弾性率の低下を伴うことがある。 In addition, the matrix resin is required to have a high fracture toughness value in order to suppress microcracks originating from thermal strain or interfacial delamination due to thermal cycling, and to prevent the development when microcracks occur. . Specifically, the stress intensity factor K1c in the opening mode of the cured resin obtained by curing is preferably 0.65 to 1.5 MPa · m 1/2 . When K1c is less than 0.65 MPa · m 1/2 , generation of microcracks due to thermal cycling may not be sufficiently suppressed. Moreover, when exceeding 1.5 Mpa * m1 / 2 , the elastic modulus may fall.

なお、本発明において熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物とは、硬化温度120〜200℃の範囲において、硬化時間1〜12時間の範囲で硬化させたものであると良い。硬化時の樹脂の温度がこの温度範囲に収まるよう、昇温時間や除熱の方法を適切に設定して硬化させることが必要となる。なお、得られた硬化物の硬化度が80%を超えていることが望ましい。ここで、硬化度とは、硬化物および未硬化の樹脂組成物の発熱量を、不活性ガス雰囲気下、昇温速度10℃/分にて、示差走査熱量分析で評価し、100℃〜300℃に現れるピークの面積を樹脂組成物のそれぞれの硬化発熱量として算出し、{(未硬化樹脂組成物の発熱量)―(硬化物の発熱量)}/(未硬化樹脂組成物の発熱量)×100%の式にしたがって計算される値である。硬化度が80%を超えている場合の樹脂硬化物の発熱量としては、未硬化の樹脂の発熱量によって異なるが、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を含有する場合、硬化物の発熱量(残存発熱量と表現することもある)が70J/g以下であることが目安となる。   In addition, the resin cured product obtained by curing the thermosetting resin composition in the present invention is preferably one cured at a curing temperature of 120 to 200 ° C. for a curing time of 1 to 12 hours. . It is necessary to set the temperature rising time and the heat removal method appropriately so that the temperature of the resin at the time of curing falls within this temperature range. In addition, it is desirable that the degree of cure of the obtained cured product exceeds 80%. Here, the degree of cure means that the calorific value of the cured product and the uncured resin composition is evaluated by differential scanning calorimetry at a heating rate of 10 ° C./min in an inert gas atmosphere, and is 100 ° C. to 300 ° C. The area of the peak appearing at ° C. is calculated as the amount of heat generated by curing the resin composition, and {(heat value of the uncured resin composition) − (heat value of the cured product)} / (heat value of the uncured resin composition) ) × 100% is a value calculated according to the equation. When the degree of cure exceeds 80%, the calorific value of the cured resin varies depending on the calorific value of the uncured resin, but when it contains a trifunctional or higher amine type epoxy resin, the calorific value of the cured product ( The guideline is that it may be expressed as a residual calorific value) of 70 J / g or less.

また、本発明のプリプレグにおける[C]熱硬化性樹脂組成物には、未硬化樹脂の粘弾性や樹脂硬化物の靱性などを改良するため、前述のコアシェルゴム粒子や熱可塑性樹脂以外にも、本発明の効果を妨げない範囲で各種の改質剤を添加することができる。具体的には、熱可塑性樹脂粒子、熱硬化性樹脂粒子等の有機粒子を配合することができる。   In addition, in order to improve the viscoelasticity of the uncured resin and the toughness of the cured resin, the [C] thermosetting resin composition in the prepreg of the present invention, in addition to the aforementioned core-shell rubber particles and thermoplastic resin, Various modifiers can be added as long as the effects of the present invention are not hindered. Specifically, organic particles such as thermoplastic resin particles and thermosetting resin particles can be blended.

熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミド粒子やポリイミド粒子が好ましく用いられる。ポリアミド粒子の市販品として、“アミラン(登録商標)”SP−500、SP−10、TR−1、TR−2、842P−48、842P−80(以上東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”1002D、2001UD,2001EXD、2002D、3202D,3501D,3502D、(以上アルケマ社製)等を使用することができる。粒子の形状は、用途や目的に応じて、真球状、不定形など適当な形態を用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂粒子の中には、硬化の過程でマトリックス樹脂成分に溶解しないことで、より高い改質効果を発現するものがある。硬化の過程で溶解しないことは、硬化時の樹脂の流動性を保ち含浸性を向上させることにも効果的である。   As the thermoplastic resin particles, polyamide particles and polyimide particles are preferably used. As commercial products of polyamide particles, “Amilan (registered trademark)” SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol ( Registered trademark) "1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (manufactured by Arkema Co., Ltd.) and the like can be used. As the shape of the particles, an appropriate form such as a spherical shape or an indefinite shape can be used depending on the purpose and purpose. Some of these thermoplastic resin particles exhibit a higher modification effect by not being dissolved in the matrix resin component during the curing process. Not dissolving during the curing process is also effective in improving the impregnation property while maintaining the fluidity of the resin at the time of curing.

本発明では、熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子は、得られる樹脂硬化物の弾性率と靱性を両立させる点から、全エポキシ樹脂組成物100質量部に対して、0.1〜30質量部配合することが好ましく、より好ましくは1〜15質量部配合することができる。   In the present invention, organic particles such as thermoplastic resin particles are blended in an amount of 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin composition in terms of achieving both the elastic modulus and toughness of the resulting cured resin. It is preferable that 1 to 15 parts by mass can be blended.

また、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、本発明の効果を妨げない範囲で、カップリング剤や、熱硬化性樹脂粒子、あるいはシリカゲル、カーボンブラック、クレイ、カーボンナノチューブ、金属粉体といった無機粒子、無機フィラー等を配合することができる。   In addition, the thermosetting resin composition of the present invention is an inorganic material such as a coupling agent, thermosetting resin particles, silica gel, carbon black, clay, carbon nanotube, and metal powder as long as the effects of the present invention are not hindered. Particles, inorganic fillers and the like can be blended.

本発明に用いられる[C]熱硬化性樹脂組成物の製造方法としては、コアシェルゴム粒子、熱可塑性樹脂粒子等の粒子成分およびエポキシ樹脂の硬化剤・硬化触媒以外の構成成分を140〜170℃程度の温度で加熱混練して熱可塑性樹脂を溶解させ均一にしたのち、次いで110℃以下まで冷却してコアシェルゴム粒子もしくはコアシェルゴム粒子が均一に分散したマスターバッチを加えて均一に加熱混練し、次いで80℃程度の温度まで冷却した後に、熱可塑性樹脂粒子等の粒子成分や、硬化剤または硬化触媒成分を加えて混練することが好ましい。コアシェルゴム粒子の分散・配合、および分散後に硬化剤等の他成分と混合・混練する場合は、コアシェルゴム粒子の再凝集が起こらない温度・粘度の範囲で行うことが好ましい。具体的には組成物により異なるが、例えば、150℃以上の温度で混練した場合、組成物の粘度が下がり凝集が起こる可能性があるので、それより低い温度で混練することが好ましいが、硬化プロセス中で150℃以上に達する場合については、昇温時にゲル化が伴って再凝集が妨げられるから、この限りではない。また、[C3]熱可塑性樹脂を[C1]に溶解させる方法としては、前記のように加熱溶解させる方法の他にも、熱可塑性樹脂をアセトン、メチルエチルケトン、トルエン等の溶媒に溶解したものを[C1]の熱硬化性樹脂に混合して均一としたのちに溶媒を留去する方法なども用いることが出来る。ただし、各成分の配合方法は特にこれらの方法に限定されるものではない。   [C] The method for producing the thermosetting resin composition used in the present invention is composed of particle components such as core-shell rubber particles and thermoplastic resin particles, and constituent components other than the epoxy resin curing agent and curing catalyst at 140 to 170 ° C. After heating and kneading at a certain temperature to dissolve and homogenize the thermoplastic resin, the mixture is then cooled to 110 ° C. or lower and the core-shell rubber particles or the master batch in which the core-shell rubber particles are uniformly dispersed is added and heated and kneaded uniformly. Then, after cooling to a temperature of about 80 ° C., it is preferable to add particle components such as thermoplastic resin particles, a curing agent or a curing catalyst component, and knead. When the core-shell rubber particles are dispersed and blended and mixed and kneaded with other components such as a curing agent after the dispersion, it is preferably performed within a temperature and viscosity range in which re-aggregation of the core-shell rubber particles does not occur. Specifically, depending on the composition, for example, when kneaded at a temperature of 150 ° C. or higher, the viscosity of the composition may decrease and aggregation may occur. The case where the temperature reaches 150 ° C. or higher in the process is not limited to this, because re-aggregation is hindered due to gelation when the temperature is raised. [C3] As a method of dissolving the thermoplastic resin in [C1], in addition to the method of dissolving by heating as described above, a method in which a thermoplastic resin is dissolved in a solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, and toluene [ A method of distilling the solvent after mixing with the thermosetting resin of C1] and making it uniform can also be used. However, the blending method of each component is not particularly limited to these methods.

本発明に用いられる[C]熱硬化性樹脂組成物の混練方法は、一般的に熱硬化性樹脂組成物の調製に使用されるどのような方法でもよい。例えば、ニーダーやプラネタリーミキサー、三本ロールなどが用いられる。   [C] The kneading method of the thermosetting resin composition used in the present invention may be any method generally used for preparing a thermosetting resin composition. For example, a kneader, a planetary mixer, or a three roll is used.

[A]2軸以上の炭素繊維織物と[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線を、[C]熱硬化性樹脂組成物と組み合わせて本発明のプリプレグを製造する方法としては、[A]と[B]をあらかじめ重ねて組み合わせた基材に[C]を含浸させる方法のほか、[A]に[C]の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたものに[B]を貼り付ける方法や、[A]に[C]の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたもので[B]を挟み、加圧・加温して製造する方法等を用いることができる。また、[B]にあらかじめ[C]の熱硬化性樹脂組成物を含浸させてシート状にしたものを[A]の炭素繊維織物に貼り付ける方法等も用いることができる。ドラムワインディング法などを用いて、[B]に適当な張力をかけながら、[A]や[A]に[C]を含浸させたもの、または[C]をフィルム状にしたものに貼り付けることで、[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線に蛇行や配列の乱れのないものを得ることができ、特に[B]として[B2]導電性を有するワイヤーを用いる場合に有効である。   [A] A mesh or non-woven fabric composed of a biaxial or higher carbon fiber woven fabric and [B] [B1] metal wire, or [B2] metal wire in combination with [C] a thermosetting resin composition, to form the prepreg of the present invention. As a manufacturing method, in addition to the method of impregnating [C] into a base material in which [A] and [B] are combined in advance, [A] is impregnated with the thermosetting resin composition of [C]. A method of attaching [B] to a material or a method of manufacturing by pressing [B] between [A] and impregnating the thermosetting resin composition of [C], pressurizing and heating, etc. is used. be able to. Further, a method of preliminarily impregnating [B] with the thermosetting resin composition [C] to form a sheet and sticking it to the carbon fiber fabric of [A] can also be used. Attaching to [A] or [A] impregnated with [C] or using [C] in the form of a film while applying appropriate tension to [B] using a drum winding method or the like. [B] [B1] mesh or non-woven fabric made of metal wire, or [B2] metal wire without meandering or disarray, especially [B2] [B2] conductive wire It is effective when using.

[A]2軸以上の炭素繊維織物と[B2]金属線を[C]コアシェルゴム粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物と組み合わせて、本発明の[B2]が[A]の炭素繊維束の側面に配置された形態を有するプリプレグを製造する方法としては、[A]2軸以上の炭素繊維織物と[B2]金属線を組み合わせた基材(例えば特開2006−265769に記載の基材)にエポキシ樹脂を含浸させる方法等を用いることができる。   [A] A carbon fiber bundle in which [B2] of the present invention is [A] by combining a biaxial or more carbon fiber woven fabric and [B2] metal wire with a thermosetting resin composition containing [C] core-shell rubber particles. As a method for producing a prepreg having a configuration arranged on the side surface of [A], a base material combining [A] biaxial or higher carbon fiber fabric and [B2] metal wire (for example, a base material described in JP-A-2006-265769) And the like can be impregnated with an epoxy resin.

本発明のプリプレグにおいて、[A]2軸以上の炭素繊維織物や[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線、また、[A]と[B]からなる基材に、[C]の熱硬化性樹脂組成物を含浸させる方法としては、[C]をメチルエチルケトンやメタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、強化繊維基材に含浸させるウェット法と、[C]を加熱により低粘度化し、強化繊維基材に含浸させるホットメルト法等を好適に用いることができる。   In the prepreg of the present invention, [A] a biaxial or more carbon fiber woven fabric, [B] [B1] a mesh or nonwoven fabric made of a metal wire, or [B2] a metal wire, or a group made of [A] and [B]. As a method of impregnating the material with the thermosetting resin composition of [C], a wet method in which [C] is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity and impregnate the reinforcing fiber substrate, A hot melt method or the like in which the viscosity of C] is reduced by heating and impregnated into the reinforcing fiber substrate can be suitably used.

ウェット法は、強化繊維を熱硬化性樹脂組成物の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発せしめ、プリプレグを得る方法である。   The wet method is a method of obtaining a prepreg by immersing a reinforcing fiber in a solution of a thermosetting resin composition and then evaporating the solvent using an oven or the like to evaporate the solvent.

ホットメルト法は、加熱により低粘度化した熱硬化性樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させる方法、または熱硬化性樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングした樹脂フィルムを作製しておき、次に強化繊維の両側または片側からその樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することにより熱硬化性樹脂組成物を転写含浸せしめ、プリプレグを得る方法である。このホットメルト法では、プリプレグ中に残留する溶媒が実質的に皆無となるため、好ましい方法である。樹脂のフィルムを作製する温度としては、樹脂の粘弾性によるが、室温〜100℃程度の温度が好適である。このフィルムを作製する温度において、樹脂の粘度の変化が小さいことが安定した厚みのフィルムを作製する観点から好ましい。例えば、動的粘弾性装置を用いてフィルムを作製する温度で2時間定温測定をした複素粘弾性率η*の変化が、変化しないか、増粘しても2倍以下であることが好ましい。逆に言えば増粘しても2倍以下となる温度でフィルムを作製するべきである。   The hot melt method is a method of directly impregnating reinforcing fibers with a thermosetting resin composition whose viscosity has been reduced by heating, or a resin film in which a thermosetting resin composition is coated on release paper or the like, Next, the resin film is overlapped from both sides or one side of the reinforcing fiber and heated and pressed to impregnate the thermosetting resin composition to obtain a prepreg. This hot melt method is a preferred method because substantially no solvent remains in the prepreg. The temperature at which the resin film is produced depends on the viscoelasticity of the resin, but a temperature of about room temperature to 100 ° C. is suitable. From the viewpoint of producing a film having a stable thickness, it is preferable that the change in the viscosity of the resin is small at the temperature at which this film is produced. For example, it is preferable that the change in complex viscoelasticity η * measured at a constant temperature for 2 hours at a temperature at which a film is produced using a dynamic viscoelasticity device does not change or is not more than twice even when the viscosity is increased. In other words, the film should be produced at a temperature that is twice or less even if the viscosity is increased.

樹脂フィルムの目付けとしては、目的とする用途により異なるが、15〜200g/mである。フィルムの目付けが15g/m未満であると、技術的に安定した目付けを得ることが困難である。また、200g/m以上であると、加圧加熱して転写含浸する際に、強化繊維からはみ出すことがあり、安定したものが作れなくなる場合がある。 The basis weight of the resin film is 15 to 200 g / m 2 although it varies depending on the intended use. If the basis weight of the film is less than 15 g / m 2 , it is difficult to obtain a technically stable basis weight. Moreover, when it is 200 g / m 2 or more, when it is impregnated by transfer under pressure, it may protrude from the reinforcing fiber, and a stable product may not be produced.

また、本発明のプリプレグは、[A]2軸以上の炭素繊維織物や[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線、もしくは[A]2軸以上の炭素繊維織物と[B2]金属線からなる基材に、[C]熱硬化性樹脂組成物が完全に含浸していても、含浸していない部分を有してもよい(以下、部分含浸と記述することもある)。含浸していない部分を有することで、成形時のボイドの抑制に効果的となる場合がある。   In addition, the prepreg of the present invention includes [A] biaxial or higher carbon fiber woven fabric, [B] [B1] mesh or nonwoven fabric made of metal wire, or [B2] metal wire or [A] biaxial or higher carbon fiber. [C] The thermosetting resin composition may be completely impregnated or may have an unimpregnated portion on the base material composed of a woven fabric and [B2] metal wire (hereinafter referred to as partial impregnation). Sometimes). By having the part which is not impregnated, it may become effective for suppression of the void at the time of shaping | molding.

また、本発明の繊維強化複合材料は、このような方法により製造された単独または複数のプリプレグを積層後、得られた積層体に熱および圧力を付与しながらエポキシ樹脂を加熱硬化させる方法等により製造することができる。   Further, the fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by laminating one or a plurality of prepregs produced by such a method, and then heat-curing an epoxy resin while applying heat and pressure to the obtained laminate. Can be manufactured.

熱および圧力を付与する方法としては、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および内圧成形法等が使用される。特に航空機部材の成形にはオートクレーブ成形法、スポーツ用品の成形には、ラッピングテープ法と内圧成形法が好ましく用いられる。   As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like are used. In particular, an autoclave molding method is preferably used for aircraft member molding, and a wrapping tape method and an internal pressure molding method are preferably used for sports equipment molding.

本発明のプリプレグを、オートクレーブを用いて成形する場合の条件は、プリプレグの粘弾性や積層枚数、大きさ等、また硬化後の繊維強化複合材料のTgに応じて適宜設定されるが、絶対圧で圧力0.1〜1MPa、硬化温度120〜200℃の範囲が好ましく用いられる。特に圧力0.3〜0.7MPa、硬化温度170〜190℃の範囲がより好ましく用いられる。室温から硬化温度まで温度を上げる際には、硬化温度まで一定の昇温速度で上げても良いし、途中の温度で一定時間保持し、その後、硬化温度まで上げても良い(以下、このような段階的な昇温方法による硬化成形法をステップキュアと記述することもある)。大型の構造体を成形する場合、一定の速度で昇温設定しても大型のオートクレーブ内では昇温ムラが発生したり、また、昇温時に構造体内部に蓄熱して過熱による硬化物の予期せぬ物性の変化や暴走反応が起こったり、また樹脂の流動時間が構造体の大きさに対して不十分となって樹脂の繊維への含浸不良が発生したりする可能性がある。このような問題点を解決するため、前述のようなステップキュアが効果的に用いられることがある。樹脂の繊維への含浸性を向上させるために、前述のような部分含浸したプリプレグを用いることも出来る。成形時の圧力が低すぎる場合、成形後の繊維強化複合材料にボイドが多数発生し、マイクロクラックの起点となる可能性があるので、用いるプリプレグに応じて適切な条件を設定することが好ましい。また、オートクレーブ成形に用いる資材は、適用する成形条件に耐えられる資材を適切に選択する必要がある。   The conditions for molding the prepreg of the present invention using an autoclave are appropriately set according to the viscoelasticity, number of layers, size, etc. of the prepreg, and Tg of the fiber-reinforced composite material after curing. And a pressure range of 0.1 to 1 MPa and a curing temperature of 120 to 200 ° C. are preferably used. In particular, a pressure of 0.3 to 0.7 MPa and a curing temperature of 170 to 190 ° C. are more preferably used. When raising the temperature from room temperature to the curing temperature, the temperature may be increased to a curing temperature at a constant rate, or may be maintained for a certain period of time at an intermediate temperature, and then increased to the curing temperature (hereinafter referred to as this). A curing method using a stepwise temperature rising method is sometimes referred to as step cure). When molding large structures, even if the temperature is set at a constant rate, uneven temperature increases may occur in the large autoclave. There is a possibility that unexpected physical property change or runaway reaction may occur, or that the resin flow time is insufficient with respect to the size of the structure, resulting in poor impregnation of the resin into the fibers. In order to solve such problems, step cure as described above may be used effectively. In order to improve the impregnation property of the resin into the fiber, the partially impregnated prepreg as described above can also be used. When the pressure at the time of molding is too low, many voids are generated in the fiber-reinforced composite material after molding, which may be the starting point of microcracks. Therefore, it is preferable to set appropriate conditions according to the prepreg to be used. In addition, it is necessary to appropriately select materials that can withstand the molding conditions to be applied as materials used for autoclave molding.

ラッピングテープ法は、マンドレル等の芯金にプリプレグを捲回して、繊維強化複合材料製の管状体を成形する方法であり、ゴルフシャフトや釣り竿等の棒状体を作製する際に好適な方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定および圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中でエポキシ樹脂を加熱硬化させた後、芯金を抜き去って管状体を得る方法である。   The wrapping tape method is a method in which a prepreg is wound around a mandrel or the like and a tubular body made of a fiber reinforced composite material is formed, and is a suitable method for producing a rod-like body such as a golf shaft or a fishing rod. . More specifically, after winding the prepreg on a mandrel, winding a wrapping tape made of a thermoplastic resin film on the outside of the prepreg for fixing and applying pressure, and heat curing the epoxy resin in an oven, In this method, the core is removed to obtain a tubular body.

また、内圧成形法は、熱可塑性樹脂製のチューブ等の内圧付与体にプリプレグを捲回したプリフォームを金型中にセットし、次いでその内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力を付与すると同時に金型を加熱せしめ、管状体を成形する方法である。この内圧成形法は、ゴルフシャフト、バット、およびテニスやバトミントン等のラケットのような複雑な形状物を成形する際に、特に好ましく用いられる。   In addition, the internal pressure molding method is to set a preform in which a prepreg is wound on an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin in a mold, and then apply high pressure gas to the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated to form a tubular body. This internal pressure molding method is particularly preferably used when molding a complicated shape such as a golf shaft, a bat, and a racket such as tennis or badminton.

本発明の炭素繊維強化複合材料は、面に直交する方向で切った断面に[B]の金属線からなるメッシュ、不織布、または金属線が現れる。本発明の炭素繊維強化複合材料を[B]の金属線からなるメッシュ、不織布、または金属線が端面に現れるように加工し、その端面を金属部材や導電性ペースト、金属ファスナー等と接触させることにより、炭素繊維強化複合材料に電流が発生した場合に効率よく系外に拡散させることが出来る。本発明の炭素繊維強化複合材料を、例えば航空機の胴体や翼、自動車の車体等の表面に用い、端面を金属ファスナーや金属板等と接触させた場合、落雷などによって流れる電流は構造体の表層を通って接する金属部分から構造体外に拡散されるので、航空機胴体内の客室や翼内の燃料、また自動車の車内に電流が流れることを防ぐことが出来る。   In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, a mesh, a nonwoven fabric, or a metal wire made of the metal wire [B] appears in a cross section cut in a direction perpendicular to the surface. The carbon fiber reinforced composite material of the present invention is processed so that the mesh, nonwoven fabric, or metal wire made of the metal wire of [B] appears on the end surface, and the end surface is brought into contact with a metal member, conductive paste, metal fastener, or the like. Thus, when an electric current is generated in the carbon fiber reinforced composite material, it can be efficiently diffused out of the system. When the carbon fiber reinforced composite material of the present invention is used, for example, on the surface of an aircraft fuselage, wing, automobile body, etc., and the end face is brought into contact with a metal fastener, a metal plate, etc., the current flowing due to lightning strikes etc. Since it is diffused out of the structure from the metal part that passes through, it is possible to prevent current from flowing into the fuel in the cabin or wing of the aircraft fuselage, or in the car.

本発明の繊維強化複合材料は、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板、ICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途、建築材料、さらにはゴルフシャフトやテニスラケットなどスポーツ用途に好ましく用いることができる。輸送機や屋外の構造材等の、落雷や温度変化等の自然環境にさらされる用途において特に好ましく用いることができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is used for aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, IC trays and notebook PC cases (housings), building materials, and sports applications such as golf shafts and tennis rackets. Can be preferably used. It can be particularly preferably used in applications exposed to natural environments such as lightning strikes and temperature changes, such as transportation equipment and outdoor structural materials.

以下、実施例によって、本発明のプリプレグと繊維強化複合材料について、より具体的に説明する。ここで、実施例3〜8,16,17が本発明の実施例であり、実施例1,2,9〜15,18〜20は参考実施例である。実施例で用いた樹脂原料、プリプレグおよび繊維強化複合材料の作製方法、樹脂硬化物の弾性率および破壊靭性評価方法(K1c評価方法)、繊維強化複合材料の引張強度および圧縮強度の評価方法、マイクロクラック耐性の評価方法を、次に示す。実施例の各種評価およびプリプレグの作製環境は、特に断りのない限り、温度25℃±2℃、相対湿度50%の雰囲気で行ったものである。 Hereinafter, the prepreg and the fiber-reinforced composite material of the present invention will be described more specifically with reference to examples. Here, Examples 3 to 8, 16 , and 17 are examples of the present invention, and Examples 1, 2, 9 to 15 , and 18 to 20 are reference examples. Resin raw materials, prepregs and fiber reinforced composite materials used in the examples, methods for evaluating the elastic modulus and fracture toughness of the cured resin (K1c evaluation method), methods for evaluating the tensile strength and compressive strength of the fiber reinforced composite materials, micro The evaluation method of crack resistance is shown below. Various evaluations of the examples and the prepreg production environment were performed in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. ± 2 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.

(1)実施例に用いた[A]炭素繊維織物、[B]金属線からなるメッシュ、および[C]熱硬化性樹脂の原料
<炭素繊維織物>([A])
次の炭素繊維を縦糸と横糸の両方に用い、炭素繊維目付(1平方メートルあたりの重量)が196±5g/mの平織としたもの。
(1) [A] Carbon fiber fabric used in Examples, [B] Mesh made of metal wire, and [C] Raw material of thermosetting resin <Carbon fiber fabric> ([A])
The following carbon fiber is used for both warp and weft, and a plain weave with a carbon fiber basis weight (weight per square meter) of 196 ± 5 g / m 2 .

東レ(株)製ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維: 6,000フィラメント、繊度223tex、引張強度5.5GPa、引張弾性率294GPa。   Polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc .: 6,000 filaments, fineness 223 tex, tensile strength 5.5 GPa, tensile modulus 294 GPa.

<金属線からなるメッシュ>([B])
次の金属線を、目付が28g/mの格子状に配置したもの。
<Mesh made of metal wire> ([B])
The following metal wires are arranged in a grid with a basis weight of 28 g / m 2 .

三重線工業(株)製リン青銅線、規格JIS H−3270、線径0.1mm。   Phosphor bronze wire manufactured by Mie Wire Industry Co., Ltd., standard JIS H-3270, wire diameter 0.1 mm.

<エポキシ樹脂>([C1]熱硬化性樹脂)
・ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:120、住友化学(株)製)(3官能以上のエポキシ樹脂)
・“アラルダイト(登録商標)”MY721(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:113、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社(以下ハンツマン社と記す)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0600(トリグリシジル−m−アミノフェノール、エポキシ当量:118、ハンツマン社製)(3官能以上のエポキシ樹脂)
・“エピクロン(登録商標)”830(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:172、DIC(株)製)
・GAN(N,N−ジグリシジルアニリン、エポキシ当量:125、日本化薬(株)製)
・GOT(N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、エポキシ当量:135、日本化薬(株)製)
・OPP−G(o−フェニルフェニルグリシジルエーテル、エポキシ当量:226、三光(株)製)。
<Epoxy resin> ([C1] thermosetting resin)
ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 120, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) (trifunctional or higher functional epoxy resin)
"Araldite (registered trademark)" MY721 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 113, manufactured by Huntsman Advanced Materials (hereinafter referred to as Huntsman))
"Araldite (registered trademark)" MY0600 (triglycidyl-m-aminophenol, epoxy equivalent: 118, manufactured by Huntsman) (tri- or higher functional epoxy resin)
"Epiclon (registered trademark)" 830 (bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent: 172, manufactured by DIC Corporation)
GAN (N, N-diglycidyl aniline, epoxy equivalent: 125, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
GOT (N, N-diglycidyl-o-toluidine, epoxy equivalent: 135, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
OPP-G (o-phenylphenyl glycidyl ether, epoxy equivalent: 226, manufactured by Sanko Co., Ltd.).

<コアシェルゴム粒子>([C2]が[C1]の一部の成分に分散したマスターバッチ)
・“カネエース(登録商標)”MX416(ハンツマン社製テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(“アラルダイト(登録商標)”MY721):75質量%/コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:100nm、コア部分:架橋ポリブタジエン[Tg:−70℃]、シェル部分:メタクリル酸メチル/グリシジルメタクリレート/スチレン共重合ポリマー):25質量%のマスターバッチ、エポキシ当量:150、(株)カネカ製)
・“カネエース(登録商標)”MX136(ハンツマン社製ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“アラルダイト(登録商標)”GY285):75質量%/コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:100nm、コア部分:架橋ポリブタジエン[Tg:−70℃]、シェル部分:メタクリル酸メチル/グリシジルメタクリレート/スチレン共重合ポリマー):25質量%のマスターバッチ、エポキシ当量:220、(株)カネカ製)。
<Core shell rubber particles> (master batch in which [C2] is dispersed in a part of [C1])
"Kaneace (registered trademark)" MX416 (tetraglycidyl diaminodiphenylmethane ("Araldite (registered trademark)" MY721) manufactured by Huntsman Co., Ltd.): 75% by mass / core shell rubber particles (volume average particle size: 100 nm, core portion: crosslinked polybutadiene [Tg : -70 ° C], shell portion: methyl methacrylate / glycidyl methacrylate / styrene copolymer): 25% by mass masterbatch, epoxy equivalent: 150, manufactured by Kaneka Corporation)
“Kane Ace (registered trademark)” MX136 (bisphenol F type epoxy resin (“Araldite (registered trademark)” GY285) manufactured by Huntsman Co., Ltd.): 75% by mass / core shell rubber particles (volume average particle size: 100 nm, core portion: crosslinked polybutadiene [ Tg: −70 ° C.], shell portion: methyl methacrylate / glycidyl methacrylate / styrene copolymer): 25% by mass master batch, epoxy equivalent: 220, manufactured by Kaneka Corporation).

<反応性の末端を有する固形ゴム>([C1]の一部の成分に分散したマスターバッチ)
・“HyPox(登録商標)”RA95(ビスフェノールA型エポキシ樹脂:93〜95質量%/エラストマー変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂(カルボキシル末端アクリロニトリルブタジエン共重合体とビスフェノールA型エポキシ樹脂の付加物):5〜7質量%のマスターバッチ、エポキシ当量:202、CVC Thermoset Specialties社製)。
<Solid rubber having reactive ends> (masterbatch dispersed in some components of [C1])
"HyPox (registered trademark)" RA95 (bisphenol A type epoxy resin: 93 to 95% by mass / elastomer modified bisphenol A type epoxy resin (addition product of carboxyl-terminated acrylonitrile butadiene copolymer and bisphenol A type epoxy resin): 5 to 5 7% by mass master batch, epoxy equivalent: 202, manufactured by CVC Thermoset Specialties).

<熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂>([C3])
・“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P(ポリエーテルスルホン、住友化学(株)製)
・“Ultem(登録商標)”1010(ポリエーテルイミド、SABICイノベーティブプラスチックス(株)製))
<硬化剤>
・“セイカキュア(登録商標)”−S(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、融点177℃、和歌山精化工業(株)製)
・3,3’−DAS(3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、融点172℃、三井化学ファイン(株)製)。
<Thermoplastic resin soluble in thermosetting resin> ([C3])
・ "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P (polyethersulfone, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
"Ultem (registered trademark)" 1010 (polyetherimide, manufactured by SABIC Innovative Plastics))
<Curing agent>
"Seika Cure (registered trademark)"-S (4,4'-diaminodiphenyl sulfone, melting point 177 ° C., manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.)
3,3′-DAS (3,3′-diaminodiphenyl sulfone, melting point 172 ° C., manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.).

<熱可塑性樹脂粒子>
・“アミラン(登録商標)”SP−500(ナイロン12を主体とするポリアミド微粒子、東レ(株)製)、平均粒子径5μm。
・“オルガソール(登録商標)”1002DNAT1(ナイロン6微粒子、アルケマ社製)、平均粒子径20μm
・粒子A(エムザベルケ(株)社製“グリルアミド(登録商標)”TR―55を原料として作製した、平均粒子径18.0μmの粒子)
(粒子Aの製造方法)
4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタンを必須構成成分として含有するポリアミド(エムザベルケ(株)製“グリルアミド(登録商標)”TR−55)94重量部、エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER(登録商標)”828)4重量部および硬化剤(富士化成工業(株)製“トーマイド(登録商標)”#296)2重量部を、クロロホルム300重量部とメタノール100重量部の混合溶媒中に添加して均一溶液を得た。次に該溶液を塗装用のスプレーガンを用いて霧状にして、よく撹拌した3000重量部のn−ヘキサンの液面に向かって吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n−ヘキサンでよく洗浄した後、100℃24時間の真空乾燥を行い、さらにふるいを用いて粒子径の小さい成分と大きい成分をそれぞれ取り除き、比較的粒子径分布の揃った透明ポリアミドの粒子を得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて、観察したところ、平均粒子径 18.0μmのポリアミド微粒子であった。
・粒子B(“トロガミド(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒子径13μmの粒子)
(粒子Bの製造方法:国際公開2009/142231号パンフレットを参考とした。)
1000mlの耐圧ガラスオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)ハイパーグラスターTEM−V1000N)の中に、ポリマーAとしてポリアミド(重量平均分子量 17,000、デグザ社製 “TROGAMID(登録商標)”CX7323)を35g、有機溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン 287g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール 28g(日本合成化学工業(株)製 “ゴーセノール(登録商標)”GM−14 重量平均分子量 29,000、酢酸ナトリウム含量0.23質量%、SP値32.8(J/cm1/2)を加え、99体積%以上の窒素置換を行った後、180℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで2時間攪拌を行った。その後、貧溶媒として350gのイオン交換水を、送液ポンプを経由して、2.92g/分のスピードで滴下した。約200gのイオン交換水を加えた時点で、系が白色に変化した。全量の水を入れ終わった後、攪拌したまま降温させ、得られた懸濁液を、ろ過し、イオン交換水 700gを加えてリスラリー洗浄し、濾別したものを、80℃ 10時間真空乾燥を行い、灰色に着色した固体を34g得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、平均粒子径 13μmのポリアミド微粒子であった。
・粒子C(“グリルアミド(登録商標)”TR90を原料として作製した、平均粒子径15.3μmの粒子)
(粒子Cの製造方法:国際公開2009/142231号パンフレットを参考とした。)
100mlの4口フラスコの中に、ポリマーAとして非晶ポリアミド(重量平均分子量 12,300、エムザベルケ社製 “グリルアミド(登録商標)” TR90)2.1g、有機溶媒としてギ酸(和光純薬工業(株)製)25.8g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール2.1g(日本合成化学工業(株) “ゴーセノール(登録商標)”GM−14 重量平均分子量 22,000、SP値32.8(J/cm1/2)を加え、80℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで攪拌を行った。系の温度を40℃に下げた後に、900rpmで攪拌をしながら、貧溶媒として60gのイオン交換水を、送液ポンプを経由し、0.05g/分のスピードで滴下を開始した。徐々に滴下速度を上げながら滴下し、全量を90分かけて滴下した。10gのイオン交換水を入れた時に系が白色に変化した。半分量のイオン交換水を滴下した時点で系の温度を60℃まで昇温させ、引き続き、残りのイオン交換水を入れ、全量滴下した後に、引き続き30分間攪拌した。室温に戻した懸濁液を、ろ過し、イオン交換水50gで洗浄し、80℃ 10時間真空乾燥を行い、白色固体を2.0g得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、平均粒子径 15.3μmのポリアミド微粒子であった。
<Thermoplastic resin particles>
"Amilan (registered trademark)" SP-500 (polyamide fine particles mainly composed of nylon 12, manufactured by Toray Industries, Inc.), average particle diameter 5 μm.
"Orgasol (registered trademark)" 1002DNAT1 (nylon 6 fine particles, manufactured by Arkema), average particle size 20 μm
Particle A (particles having an average particle diameter of 18.0 μm, made from “Grillamide (registered trademark)” TR-55 manufactured by Mzavelke Co., Ltd.)
(Method for producing particle A)
Polyamide containing 4,4′-diamino-3,3′dimethyldicyclohexylmethane as an essential component (“Milamide (registered trademark)” TR-55 manufactured by Mzavelke Co., Ltd.), 94 parts by weight, epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation) ) "JER (registered trademark)" 828) 4 parts by weight and a curing agent (Fuji Kasei Kogyo "Tomide (registered trademark)"# 296) 2 parts by weight chloroform 300 parts by weight methanol 100 parts by weight It added in the mixed solvent and obtained the uniform solution. Next, the solution was atomized using a spray gun for coating, and sprayed toward the liquid surface of 3000 parts by weight of n-hexane, which was well stirred, to precipitate a solute. The precipitated solid is separated by filtration, washed well with n-hexane, vacuum dried at 100 ° C. for 24 hours, and further, a small particle component and a large component are removed using a sieve, respectively. Uniform transparent polyamide particles were obtained. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was polyamide fine particles having an average particle diameter of 18.0 μm.
Particle B (“Trogamide (registered trademark)” CX7323 as a raw material and having an average particle diameter of 13 μm)
(Production method of particle B: International Publication No. 2009/142231 pamphlet was used as reference)
In a 1000 ml pressure-resistant glass autoclave (pressure-resistant glass industry, Hyper Glaster TEM-V1000N), 35 g of polyamide (weight average molecular weight 17,000, “TROGAMID (registered trademark)” CX7323) manufactured by Degussa as an organic polymer A 287 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, 28 g of polyvinyl alcohol as polymer B (“GOHSENOL (registered trademark)” GM-14 manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.) Weight average molecular weight 29,000, sodium acetate content 0.23 mass %, SP value 32.8 (J / cm 3 ) 1/2 ) was added, and 99% by volume or more of nitrogen was substituted, and then heated to 180 ° C. and stirred for 2 hours until the polymer was dissolved. Thereafter, 350 g of ion-exchanged water as a poor solvent was dropped at a speed of 2.92 g / min via a liquid feed pump. When about 200 g of ion exchange water was added, the system turned white. After the entire amount of water has been added, the temperature is lowered while stirring, and the resulting suspension is filtered, washed with 700 g of ion-exchanged water, reslurried, and filtered, and vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours. And 34 g of a gray colored solid were obtained. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was polyamide fine particles having an average particle diameter of 13 μm.
Particle C (particles having an average particle diameter of 15.3 μm, produced from “Grillamide (registered trademark)” TR90 as a raw material)
(Manufacturing method of particle C: Reference was made to the pamphlet of International Publication No. 2009/142231)
In a 100 ml four-necked flask, 2.1 g of amorphous polyamide (weight average molecular weight 12,300, “Grilamide (registered trademark)” TR90, manufactured by Mzavelke) as polymer A, and formic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an organic solvent 25.8 g, polyvinyl alcohol 2.1 g (Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. “GOHSENOL (registered trademark)” GM-14, weight average molecular weight 22,000, SP value 32.8 (J / cm 3) ) 1/2 ) was added, heated to 80 ° C., and stirred until the polymer was dissolved. After the temperature of the system was lowered to 40 ° C., 60 g of ion-exchanged water as a poor solvent was dropped at a speed of 0.05 g / min via a liquid feed pump while stirring at 900 rpm. The solution was dropped while gradually increasing the dropping speed, and the entire amount was dropped over 90 minutes. The system turned white when 10 g of ion exchange water was added. When half the amount of ion-exchanged water was dropped, the temperature of the system was raised to 60 ° C., then the remaining ion-exchanged water was added, and after the whole amount was dropped, stirring was continued for 30 minutes. The suspension returned to room temperature was filtered, washed with 50 g of ion exchange water, and vacuum dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain 2.0 g of a white solid. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was polyamide fine particles having an average particle size of 15.3 μm.

樹脂粒子の平均粒子径は、写真から任意の100個の粒子直径を測長し、その算術平均を求めることにより算出した。ここでいう平均粒子径は、数平均粒子径を指す。樹脂粒子の個々の粒子径は、走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製走査型電子顕微鏡JSM−6301NF)にて、微粒子を1000倍で観察し、測長した。尚、粒子が真円でない場合は、長径をその粒子径として測定した。   The average particle diameter of the resin particles was calculated by measuring the diameter of 100 arbitrary particles from a photograph and obtaining the arithmetic average thereof. The average particle diameter here refers to the number average particle diameter. The individual particle diameter of the resin particles was measured by observing the fine particles at 1000 times with a scanning electron microscope (JSM-6301NF, manufactured by JEOL Ltd.). When the particles were not perfect circles, the major axis was measured as the particle diameter.

なお、本実施例で用いた熱可塑性樹脂PES5003Pが[C1]熱硬化性樹脂に可溶であることは、以下のように判定した。すなわち、前記ELM434([C1]の1つ)100質量部と前記PES5003P 5質量部を混合したものについて、動的粘弾性測定装置(TAインスツルメンツ社製ARES)を用い、直径40mmのパラレルプレートを使用し、周波数0.5Hz、パラレルプレート間1mmの条件で100℃2時間の粘度変化を測定した。このとき、2時間で粘度が40%増加した。ELM434のみの100℃2時間の粘度変化を同様に測定すると5%以下の粘度変化であった。これらの結果から、PES5003Pを混合したものが100℃2時間で実質的に粘度が変化、すなわちPES5003Pが熱硬化性樹脂ELM434に可溶な性質を持つと判定した。なお、ポリエーテルスルホンの融点は約400℃、ガラス転移温度は約190℃である。同様に、ポリエーテルイミドについても熱硬化性樹脂ELM434に可溶な性質を持つと判定した。なお、ポリエーテルイミドのガラス転移温度は、約215℃である。また、後述する樹脂組成物の調製過程でも均一に溶解することを確認した。   In addition, it was determined as follows that the thermoplastic resin PES5003P used in this example is soluble in the [C1] thermosetting resin. That is, for a mixture of 100 parts by mass of the ELM434 (one of [C1]) and 5 parts by mass of the PES5003P, a parallel plate having a diameter of 40 mm is used using a dynamic viscoelasticity measuring apparatus (ARES manufactured by TA Instruments). Then, a change in viscosity at 100 ° C. for 2 hours was measured under the conditions of a frequency of 0.5 Hz and a parallel plate interval of 1 mm. At this time, the viscosity increased by 40% in 2 hours. When the viscosity change at 100 ° C. for 2 hours of ELM434 alone was measured in the same manner, the viscosity change was 5% or less. From these results, it was determined that the mixture of PES5003P changed substantially in viscosity at 100 ° C. for 2 hours, that is, PES5003P was soluble in the thermosetting resin ELM434. Polyethersulfone has a melting point of about 400 ° C. and a glass transition temperature of about 190 ° C. Similarly, it was determined that the polyetherimide also has a property soluble in the thermosetting resin ELM434. The glass transition temperature of polyetherimide is about 215 ° C. Moreover, it confirmed that it melt | dissolved uniformly also in the preparation process of the resin composition mentioned later.

(2)熱硬化性樹脂組成物の調製
[実施例1〜20]
エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を150℃で加熱混合し均一に溶解させた後、110℃まで冷却し、コアシェルゴム粒子のマスターバッチを加えて混練した。これを80℃以下に冷却した後、熱可塑性樹脂粒子を加えて混練し、次いで硬化剤を加え混練して、表1、2に示す組成のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表1、2中の樹脂組成の値は、質量部を示す。
(2) Preparation of thermosetting resin composition [Examples 1 to 20]
A thermoplastic resin soluble in an epoxy resin and a thermosetting resin was heated and mixed at 150 ° C. and uniformly dissolved, then cooled to 110 ° C., and a master batch of core-shell rubber particles was added and kneaded. After cooling to 80 ° C. or lower, thermoplastic resin particles were added and kneaded, and then a curing agent was added and kneaded to prepare epoxy resin compositions having the compositions shown in Tables 1 and 2. In addition, the value of the resin composition in Table 1, 2 shows a mass part.

[比較例1]
エポキシ樹脂を110℃で均一に混練した後、コアシェルゴム粒子のマスターバッチを加えて混練した。これを80℃以下に冷却した後、次いで硬化剤を加え混練して、表3に示す組成のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表3中の樹脂組成の値は、質量部を示す。
[Comparative Example 1]
After the epoxy resin was uniformly kneaded at 110 ° C., a master batch of core-shell rubber particles was added and kneaded. After cooling this to 80 degrees C or less, the hardening | curing agent was then added and knead | mixed and the epoxy resin composition of the composition shown in Table 3 was prepared. In addition, the value of the resin composition in Table 3 indicates parts by mass.

[比較例2〜4]
エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂(比較例2,3)、HyPox RA95(比較例4)を150℃で加熱混合し均一に溶解させた後、80℃以下に冷却し、有機粒子を加えて混練し(比較例2,3)、次いで硬化剤を加え混練して、表3に示す組成のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表3中の樹脂組成の値は、質量部を示す。
[Comparative Examples 2 to 4]
An epoxy resin, a thermoplastic resin soluble in a thermosetting resin (Comparative Examples 2 and 3), and HyPox RA95 (Comparative Example 4) are heated and mixed at 150 ° C. and uniformly dissolved, and then cooled to 80 ° C. or lower. Organic particles were added and kneaded (Comparative Examples 2 and 3), and then a curing agent was added and kneaded to prepare an epoxy resin composition having the composition shown in Table 3. In addition, the value of the resin composition in Table 3 indicates parts by mass.

(3)樹脂硬化物の曲げ弾性率測定方法
(2)の方法で調整した樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で180℃の温度で2時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得た。これから幅10mm、長さ55mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機を用い、スパン長を32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1999)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率を得た。サンプル数n=5とし、その平均値で比較した。
(3) Method of measuring flexural modulus of cured resin product After defoaming the resin composition prepared by the method of (2) in a vacuum, the thickness is 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. And cured at a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin product having a thickness of 2 mm. From this, a test piece having a width of 10 mm and a length of 55 mm was cut out, an Instron universal testing machine was used, the span length was 32 mm, the crosshead speed was 2.5 mm / min, and three-point bending was performed according to JIS K7171 (1999). A flexural modulus was obtained. The number of samples was set to n = 5, and the average value was compared.

(4)樹脂硬化物の破壊靭性試験(K1c評価)方法
(2)の方法で調整した樹脂組成物を真空中で脱泡した後、6mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み6mmになるように設定したモールド中で180℃の温度で2時間硬化させ、厚さ6mmの樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物を12.7×150mmでカットし、試験片を得た。インストロン万能試験機を用い、ASTM D5045に従って試験片を加工・実験をおこなった。試験片への初期の与亀裂の導入は、液体窒素温度まで冷やした剃刀の刃を試験片にあてハンマーで剃刀に衝撃を加えることで行った。ここでいう樹脂硬化物の破壊靱性とは、変形モード1(開口型)の臨界応力強度により評価するものである。
(4) Fracture toughness test (K1c evaluation) method of cured resin product After defoaming the resin composition prepared by the method of (2) in a vacuum, the thickness is 6 mm using a 6 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. And cured for 2 hours at a temperature of 180 ° C. in a mold set so as to obtain a cured resin product having a thickness of 6 mm. This cured resin was cut at 12.7 × 150 mm to obtain a test piece. Using an Instron universal testing machine, test pieces were processed and tested according to ASTM D5045. The initial cracking was introduced into the test piece by applying a razor blade cooled to the liquid nitrogen temperature to the test piece and impacting the razor with a hammer. The fracture toughness of the cured resin here is evaluated by the critical stress strength in deformation mode 1 (opening type).

(5)プリプレグの作成方法
(2)の方法で調整した樹脂組成物をナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。[A]炭素繊維織物の片面に[B]導電性を有するメッシュを配置して組み合わせ、その両面から樹脂フィルムを重ねて加熱加圧により樹脂を含浸させ、[A]と[B]と熱硬化性樹脂組成物からなるプリプレグを作製した。同様に、[A]炭素繊維織物の両面から樹脂フィルムを重ねて加熱加圧により樹脂を含浸させ、[A]と熱硬化性樹脂組成物からなるプリプレグを作製した。これらのプリプレグの樹脂含有量は、[A]炭素繊維織物とマトリックス樹脂である熱硬化性樹脂組成物の重量の合計を100質量%としたときに、マトリックス樹脂の質量分率が40質量%となるように作成した。
(5) Preparation method of prepreg The resin composition prepared by the method of (2) was applied onto release paper using a knife coater to prepare a resin film. [A] [B] Conductive mesh is placed and combined on one side of the carbon fiber fabric, resin films are stacked from both sides, and the resin is impregnated by heat and pressure, and [A] and [B] are thermoset. A prepreg made of a conductive resin composition was prepared. Similarly, [A] carbon fiber fabrics were laminated with resin films from both sides and impregnated with resin by heating and pressing to prepare a prepreg composed of [A] and a thermosetting resin composition. The resin content of these prepregs is such that the mass fraction of the matrix resin is 40% by mass, assuming that the total weight of the thermosetting resin composition [A] carbon fiber fabric and matrix resin is 100% by mass. Created to be.

(6)繊維強化複合材料の縦糸方向の圧縮強度試験
(5)の方法で作成したプリプレグを150×150mmの大きさにカットして、縦糸方向に14層積層した。これを真空バッグし、オートクレーブを用いて温度180℃、圧力0.61Paで2時間硬化させ試験用材料を得た。同様にしてつくった繊維強化複合材料([B]の導電性メッシュは含有しないもの)を45×150mmの大きさに4枚カットしタブを作成した、このタブを130℃硬化用の接着フィルムを用いて、片面に2枚ずつ両側で同じ位置にタブ間が4.77mmになるように試験用材料に張り合わせ、温度130℃、圧力3気圧で1時間加熱し接着フィルムを硬化させた。この試験用材料をJIS K7076(1991)に従い切断し、試験片を作成した。インストロン万能試験機を用いてクロスヘッドスピード1.27mm/分で試験片の縦糸方向の圧縮強度を測定した。
(6) Compressive strength test in the warp direction of the fiber reinforced composite material The prepreg prepared by the method of (5) was cut into a size of 150 × 150 mm, and 14 layers were laminated in the warp direction. This was vacuum bagged and cured for 2 hours at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 0.61 Pa using an autoclave to obtain a test material. A fiber reinforced composite material (which does not contain [B] conductive mesh) made in the same manner was cut into 45 × 150 mm pieces to create a tab. This tab was bonded to an adhesive film for curing at 130 ° C. Using two sheets on one side, they were laminated to the test material so that the distance between the tabs was 4.77 mm at the same position on both sides, and the adhesive film was cured by heating at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 3 atm for 1 hour. The test material was cut according to JIS K7076 (1991) to prepare a test piece. The compressive strength in the warp direction of the test piece was measured at a crosshead speed of 1.27 mm / min using an Instron universal testing machine.

(7)繊維強化複合材料の縦糸方向の引張強度試験
(5)の方法で作成したプリプレグを所定の大きさにカットし、縦糸方向に14枚積層した後、真空バッグをおこない、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力6気圧で2時間硬化させ、繊維強化複合材料を得た。この一方向強化材を幅25.4mm、長さ230mmでカットし、中央が12.7mmのダンベル形状に加工し、試験片を得た。インストロン万能試験機を用いて、クロスヘッドスピード1.27mm/分で試験片の縦糸方向の引張強度を測定した。
(7) Tensile strength test in the warp direction of fiber reinforced composite material Cut the prepreg prepared by the method of (5) into a predetermined size, laminate 14 sheets in the warp direction, perform a vacuum bag, and use an autoclave And cured at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 6 atm for 2 hours to obtain a fiber-reinforced composite material. This unidirectional reinforcing material was cut with a width of 25.4 mm and a length of 230 mm, and processed into a dumbbell shape with a center of 12.7 mm, to obtain a test piece. Using an Instron universal tester, the tensile strength in the warp direction of the test piece was measured at a crosshead speed of 1.27 mm / min.

(8)繊維強化複合材料のマイクロクラック耐性の評価方法
(5)の方法で作成したプリプレグを所定の大きさにカットし、炭素繊維織物の縦糸方向を0°と規定し、[±45/0/±45/90°]を基本として2回繰り返したものを対称に積層した(計16枚積層)。これを真空バッグし、オートクレーブを用いて温度180℃、圧力6気圧で2時間硬化させ繊維強化複合材料の板を得た。
(8) Microcrack resistance evaluation method of fiber reinforced composite material The prepreg prepared by the method of (5) is cut into a predetermined size, the warp direction of the carbon fiber fabric is defined as 0 °, and [± 45/0 / ± 45/90 °] was repeated twice and the layers were stacked symmetrically (total of 16 layers). This was vacuum bagged and cured for 2 hours at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 6 atmospheres using an autoclave to obtain a fiber reinforced composite material plate.

得られた繊維強化複合材料の板を、75mm×50mmの寸法にダイヤモンドカッターで切断し、試験片を得た。試験片を市販の恒温恒湿槽と環境試験機を用いて以下a、b、cの手順に示すような環境条件にさらした。
a.市販の恒温恒湿槽を用い49℃、相対湿度95%の環境に12時間暴露する。
b.暴露後に、市販の環境試験機に移し、まず−54℃の環境下に1時間暴露する。その後71℃まで10℃±2℃/分の昇温速度で71℃まで昇温させる。昇温後71℃で5分±1分保持した後、10℃±2℃/分で−54℃まで降温させ、−54℃で5分±1分保持する。この−54℃から71℃まで昇温しまた−54℃まで降温させるサイクルを1サイクルと定義し、このサイクルを200回繰り返す。
c.上記の恒温恒湿槽での環境暴露および環境試験機でのサイクルをあわせて1ブロックと定義し、5ブロック繰り返す。
The obtained fiber-reinforced composite material plate was cut into a size of 75 mm × 50 mm with a diamond cutter to obtain a test piece. The test piece was exposed to environmental conditions as shown in the following procedures a, b, and c using a commercially available constant temperature and humidity chamber and an environmental test machine.
a. The sample is exposed to an environment of 49 ° C. and 95% relative humidity for 12 hours using a commercially available thermostatic chamber.
b. After exposure, the sample is transferred to a commercially available environmental testing machine, and exposed to an environment of -54 ° C for 1 hour. Thereafter, the temperature is raised to 71 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C. ± 2 ° C./min. After the temperature rise, hold at 71 ° C. for 5 minutes ± 1 minute, lower the temperature to −54 ° C. at 10 ° C. ± 2 ° C./minute, and hold at −54 ° C. for 5 minutes ± 1 minute. A cycle in which the temperature is raised from -54 ° C to 71 ° C and lowered to -54 ° C is defined as one cycle, and this cycle is repeated 200 times.
c. The above-mentioned environmental exposure in the constant temperature and humidity chamber and the cycle in the environmental testing machine are defined as 1 block, and 5 blocks are repeated.

上記の環境暴露を行った試験片の縦方向の中央から±10mmの領域から幅25mmを切り出し、切り出し面を観察面として研磨し、市販の顕微鏡を用いて200倍の倍率で観察面を観察し、発生しているクラックの数を計測した。   Cut out a width of 25 mm from an area of ± 10 mm from the longitudinal center of the test piece exposed to the environment, polished the cut surface as an observation surface, and observed the observation surface at a magnification of 200 times using a commercially available microscope. The number of cracks that occurred was measured.

上記の試験片の切り出しは、ダイヤモンドカッターを用いて、毎分23cmの速度で行った(なお、毎分50cm以上の速度で加工を実施した場合に、試験片とダイヤモンドカッターとの間に大きな摩擦振動が発生し、試験片が摩擦負荷によってクラックが発生することがあるので、ここでは毎分23cmの速度を採用した)。   The above test piece was cut out at a speed of 23 cm / min using a diamond cutter (in addition, when processing was performed at a speed of 50 cm / min or more, a large friction was generated between the test piece and the diamond cutter. (Since vibration occurs and the test piece may crack due to frictional load, a speed of 23 cm / min was adopted here).

実施例1〜20は、炭素繊維織物のみおよび導電性を有するメッシュを含む繊維強化複合材料のいずれにおいても良好なマイクロクラック耐性を有した。また、優れた圧縮強度、引張強度を発現した。   Examples 1 to 20 had good microcrack resistance in any of the fiber reinforced composite materials including only the carbon fiber woven fabric and conductive mesh. In addition, excellent compressive strength and tensile strength were exhibited.

一方、比較例1は、熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を含有していない例であり、炭素繊維のみの繊維強化複合材料では良好なマイクロクラック耐性を示したが、導電性を有するメッシュを含む繊維強化複合材料においてはややマイクロクラック耐性に劣った。また、圧縮強度は良好であったが、引張強度に劣った。   On the other hand, Comparative Example 1 is an example that does not contain a thermoplastic resin that is soluble in the thermosetting resin, and the fiber-reinforced composite material containing only carbon fibers showed good microcrack resistance, but has electrical conductivity. The fiber reinforced composite material including the mesh was slightly inferior in microcrack resistance. Moreover, although compressive strength was favorable, it was inferior to tensile strength.

比較例2,3は、コアシェルゴム粒子を含有しない系であり、マイクロクラック耐性に劣った。加えて、繊維強化複合材料の機械特性(引張強度)も十分に発現しなかった。   Comparative Examples 2 and 3 were systems that did not contain core-shell rubber particles and were inferior in microcrack resistance. In addition, the mechanical properties (tensile strength) of the fiber reinforced composite material were not sufficiently developed.

比較例4は、コアシェルゴム粒子の変わりに固形ゴム成分を配合した系である。マイクロクラック耐性はコアシェルゴム粒子を配合した実施例と同様に良好に発現したが、樹脂硬化物の曲げ弾性率がやや低く、また繊維強化複合材料の機械特性(引張強度)を十分に発現しなかった。   Comparative Example 4 is a system in which a solid rubber component is blended in place of the core-shell rubber particles. Microcrack resistance was expressed as well as in the examples containing the core-shell rubber particles, but the flexural modulus of the cured resin was slightly low, and the mechanical properties (tensile strength) of the fiber reinforced composite material were not fully expressed. It was.

(a)[B1]金属線からなるメッシュ、不織布を構成する金属線、または[B2]金属線(繊維の長手方向を模式的に表したもの)
(b)[B1]金属線からなるメッシュ、不織布を構成する金属線、または[B2]金属線(繊維断面を模式的に表したもの)
(c)[A]炭素繊維織物の層
(d)[A]炭素繊維織物を構成する炭素繊維束
(A) [B1] Mesh made of metal wire, metal wire constituting non-woven fabric, or [B2] metal wire (a schematic representation of the longitudinal direction of the fiber)
(B) [B1] Mesh made of metal wire, metal wire constituting the nonwoven fabric, or [B2] metal wire (representing the fiber cross section schematically)
(C) [A] Carbon fiber fabric layer (d) [A] Carbon fiber bundles constituting the carbon fiber fabric

Claims (13)

少なくとも以下の[A]、[B]、[C]を含んで構成されており、[B]が[A]の片面または両面に配置されてなるプリプレグ。
[A]2軸以上の炭素繊維織物
[B][B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、および[B2]金属線から選ばれる少なくとも1種
[C]少なくとも[C1]熱硬化性樹脂、[C2]コアシェルゴム粒子、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂、を含む熱硬化性樹脂組成物であって、[C1]熱硬化性樹脂は、3官能以上のエポキシ樹脂、および、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂または1官能のエポキシ樹脂を含み、[C3]熱可塑性樹脂がポリエーテルスルホンであり、[C]熱硬化性樹脂組成物100質量部中に、[C2]コアシェルゴム粒子が1〜10質量部、[C3]熱可塑性樹脂が2〜質量部含まれており、かつ、[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)との比が、0.321:1〜0.714:1の範囲である熱硬化性樹脂組成物
A prepreg comprising at least the following [A], [B], and [C], wherein [B] is arranged on one side or both sides of [A].
[A] Biaxial or more carbon fiber woven fabric [B] [B1] Mesh or nonwoven fabric made of metal wire, and [B2] At least one selected from metal wire [C] At least [C1] thermosetting resin, [C2 ] A thermosetting resin composition comprising core-shell rubber particles, [C3] a thermoplastic resin soluble in the [C1] thermosetting resin, and [C1] the thermosetting resin is an epoxy having three or more functions. Resin and glycidyl aniline type epoxy resin or monofunctional epoxy resin, [C3] the thermoplastic resin is polyethersulfone, [C] in 100 parts by mass of the thermosetting resin composition, [C2] core shell 1-10 parts by weight rubber particles, [C3] thermoplastic resin is contained 8 parts 2, and, [C2] content of the core-shell rubber particles (parts by mass) [C3] of the thermoplastic resin containing The ratio between the ratio (parts by weight) is 0.321: 1 to 0.714: 1 range der Ru thermosetting resin composition
少なくとも以下の[A]、[B2]、[C]を含んで構成されており、[B2]が[A]の炭素繊維束の側面に配置された形態を有するプリプレグ。
[A]2軸以上の炭素繊維織物
[B2]金属線
[C]少なくとも[C1]熱硬化性樹脂、[C2]コアシェルゴム粒子、[C3]前記[C1]熱硬化性樹脂に可溶な熱可塑性樹脂、を含む熱硬化性樹脂組成物であって、[C1]熱硬化性樹脂は、3官能以上のエポキシ樹脂、および、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂または1官能のエポキシ樹脂を含み、[C3]熱可塑性樹脂がポリエーテルスルホンであり、[C]熱硬化性樹脂組成物100質量部中に、[C2]コアシェルゴム粒子が1〜10質量部、[C3]熱可塑性樹脂が2〜質量部含まれており、かつ、[C2]コアシェルゴム粒子の含有割合(質量部)と[C3]熱可塑性樹脂の含有割合(質量部)との比が、0.321:1〜0.714:1の範囲である熱硬化性樹脂組成物
A prepreg that includes at least the following [A], [B2], and [C], and has a configuration in which [B2] is disposed on the side surface of the carbon fiber bundle of [A].
[A] Biaxial or more carbon fiber fabric [B2] Metal wire [C] At least [C1] thermosetting resin, [C2] core shell rubber particles, [C3] Heat soluble in [C1] thermosetting resin [C1] The thermosetting resin includes a trifunctional or higher functional epoxy resin and a glycidyl aniline type epoxy resin or a monofunctional epoxy resin, and [C3]. The thermoplastic resin is polyethersulfone, and [C] 1 to 10 parts by mass of [C2] core shell rubber particles, and [C3] 2 to 8 parts by mass of the thermoplastic resin in 100 parts by mass of the thermosetting resin composition. And the ratio of the content ratio (parts by mass) of [C2] core-shell rubber particles to the content ratio (parts by mass) of [C3] thermoplastic resin is 0.321: 1 to 0.714: 1. range der of Ru thermosetting resin sets Thing
前記[A]2軸以上の炭素繊維織物に用いられる炭素繊維が、ストランド引張試験において引張弾性率が270GPa以上である炭素繊維である、請求項1または2に記載のプリプレグ。 [A] The prepreg according to claim 1 or 2, wherein the carbon fibers used in the biaxial or higher carbon fiber fabric are carbon fibers having a tensile elastic modulus of 270 GPa or more in a strand tensile test. 前記[A]2軸以上の炭素繊維織物が、該織物のたて方向およびよこ方向の2方向に炭素繊維束(糸条)が配列されたものである、請求項1から3のいずれかに記載のプリプレグ。 [A] The carbon fiber woven fabric having two or more axes is a carbon fiber bundle (yarn) arranged in two directions of the warp direction and the weft direction. The prepreg as described. 前記[A]2軸以上の炭素繊維織物が、平織、綾織、繻子織のいずれかから選ばれた形態である、請求項1から4のいずれかに記載のプリプレグ。 [A] The prepreg according to any one of claims 1 to 4, wherein the biaxial or higher carbon fiber woven fabric is in a form selected from a plain weave, a twill weave, and a satin weave. 前記[A]2軸以上の炭素繊維織物のカバーファクターが90〜100%の範囲である、請求項1から5のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 5, wherein a cover factor of the [A] biaxial or higher carbon fiber fabric is in a range of 90 to 100%. 前記[B1]金属線からなるメッシュまたは不織布を構成する金属線、または[B2]金属線の直径が50から200μmである、請求項1から6のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 6, wherein the [B1] metal wire comprises a mesh or a non-woven metal wire, or the [B2] metal wire has a diameter of 50 to 200 µm. [B1]金属線からなるメッシュまたは不織布、または[B2]金属線が、前記[A]2軸以上の炭素繊維織物100質量部に対し、5〜40質量部含まれている、請求項1から7のいずれかに記載のプリプレグ。 [B1] The mesh or nonwoven fabric made of a metal wire, or [B2] metal wire is contained in an amount of 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] biaxial or higher carbon fiber fabric. The prepreg according to any one of 7 above. 前記[C]熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物の弾性率が、2.5〜4.5GPaである、請求項1から8のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 8, wherein an elastic modulus of a cured resin obtained by curing the [C] thermosetting resin composition is 2.5 to 4.5 GPa. 前記[C]熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物のK1cが0.65〜1.5MPa・m1/2である、請求項1から9のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 9, wherein K1c of a cured resin obtained by curing the [C] thermosetting resin composition is 0.65 to 1.5 MPa · m 1/2 . 前記[C]熱硬化性樹脂組成物が、融点50℃以上の芳香族アミン硬化剤を含む、請求項1から10のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 10, wherein the [C] thermosetting resin composition contains an aromatic amine curing agent having a melting point of 50 ° C or higher. 請求項1から11のいずれかに記載のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料。 Fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to any one of claims 1 to 11. 少なくとも前記[A]、[B]、[C]を用いて得られるプリプレグの製造方法であって、前記[C3]を[C1]に溶解させる工程を含む、請求項1から11のいずれかに記載のプリプレグの製造方法。 At least said [A], [B], a process for the preparation of the resulting prepreg with [C], comprising the step of dissolving said [C3] to [C1], to any one of claims 1 to 11 The manufacturing method of prepreg of description.
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