JP6176691B1 - Unidirectional prepreg and fiber reinforced thermoplastic resin sheet - Google Patents

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Abstract

【課題】高い強度と成形性とを兼ね備えた繊維強化熱可塑性樹脂シートを提供すること、および、このような繊維強化熱可塑性樹脂シートを得ることができる一方向プリプレグを提供すること、ならびに、一方向プリプレグの製造方法を提供する。【解決手段】開繊された強化繊維、および、式(1):[式中、nは1〜4の整数を表す]で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む、テープ状の一方向プリプレグであって、該ビスフェノールA型エポキシ樹脂は1000〜35000の重量平均分子量を有し、該一方向プリプレグの厚み方向における該強化繊維の平均含有数は10本以下である、一方向プリプレグ。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a fiber reinforced thermoplastic resin sheet having both high strength and moldability, to provide a unidirectional prepreg capable of obtaining such a fiber reinforced thermoplastic resin sheet, and A method for manufacturing a directional prepreg is provided. A tape-shaped unidirectional prepreg comprising an opened reinforcing fiber and a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula (1): [wherein n represents an integer of 1 to 4] The bisphenol A type epoxy resin has a weight average molecular weight of 1000 to 35000, and the average content of the reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg is 10 or less. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、強化繊維を含む一方向プリプレグおよび繊維強化熱可塑性樹脂シートに関する。   The present invention relates to a unidirectional prepreg and a fiber reinforced thermoplastic resin sheet containing reinforcing fibers.

繊維強化プラスチック(FRP)は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂をマトリックスとし、さらに該樹脂中に炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含む複合材料である。マトリックスが熱可塑性樹脂である繊維強化プラスチックは、タンク、容器、船舶、自動車などの幅広い分野において使用されている。   The fiber reinforced plastic (FRP) is a composite material that includes a thermosetting resin or a thermoplastic resin as a matrix and further includes reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers in the resin. Fiber reinforced plastics whose matrix is a thermoplastic resin are used in a wide range of fields such as tanks, containers, ships and automobiles.

繊維強化プラスチックを製造する方法として、例えば特許文献1には、溶媒で希釈して低粘度化した溶液を連続繊維束に含浸し、次工程で溶媒を除去する方法が記載されている。特許文献2には、溶融樹脂中に浸漬した連続繊維束を開繊し、しごき、さらに樹脂に圧力を付与するなどして機械的に含浸させるプルトルージョン法が記載されている。特許文献3には、含浸後に張力を掛け、支点間距離に依存する幅方向と該テープにかかる面抗力により幅の収縮を防ぎ、繊維の直線性を保ちUDテープを製造する方法が記載されている。さらに、特許文献4には、熱可塑性樹脂を含浸させた強化繊維束を、所定の式で算出される距離で互いに離間した2つの支持部材で支持しつつ固化させる繊維強化複合材の製造方法が記載されている。   As a method for producing a fiber reinforced plastic, for example, Patent Document 1 describes a method in which a continuous fiber bundle is impregnated with a solution diluted with a solvent to reduce the viscosity, and the solvent is removed in the next step. Patent Document 2 describes a pultrusion method in which a continuous fiber bundle immersed in a molten resin is opened, ironed, and mechanically impregnated by applying pressure to the resin. Patent Document 3 describes a method of producing a UD tape by applying tension after impregnation and preventing shrinkage of the width by the width direction depending on the distance between fulcrums and the surface drag applied to the tape, and maintaining the linearity of the fiber. Yes. Further, Patent Document 4 discloses a method for producing a fiber-reinforced composite material in which a reinforcing fiber bundle impregnated with a thermoplastic resin is solidified while being supported by two support members separated from each other by a distance calculated by a predetermined formula. Have been described.

また、近年、例えば特許文献5に記載されるように、繊維強化された熱可塑性プラスチックの製造方法として、未硬化の熱可塑性樹脂と強化繊維とを混合して用いる方法も提案されている。   In recent years, for example, as described in Patent Document 5, as a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic, a method in which an uncured thermoplastic resin and a reinforcing fiber are mixed and used has been proposed.

特開2005−239843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-239843 特開2009−143158号公報JP 2009-143158 A 特願2014−134969号公報Japanese Patent Application No. 2014-134969 特開2016-11403号公報JP 2016-11403 A 特許第4708797号公報Japanese Patent No. 47089797

繊維強化プラスチックについて、上記種々の製造方法が提案されてはいるが、繊維強化プラスチックの成形性と強度を高めることに対する要求はなお存在する。そのため、本発明は、高い強度と成形性とを兼ね備えた繊維強化熱可塑性樹脂シートを提供すること、および、このような繊維強化熱可塑性樹脂シートを得ることができる一方向プリプレグを提供すること、ならびに、該一方向プリプレグの製造方法を提供することを課題とする。   Although various manufacturing methods described above have been proposed for fiber reinforced plastics, there is still a need for increasing the moldability and strength of fiber reinforced plastics. Therefore, the present invention provides a fiber reinforced thermoplastic resin sheet having both high strength and moldability, and a unidirectional prepreg capable of obtaining such a fiber reinforced thermoplastic resin sheet. Another object is to provide a method for producing the unidirectional prepreg.

本発明者らは、強化繊維間にマトリックス樹脂が含浸されていない隙間(ボイド)が存在すると、最終的に得られる成形体の力学特性が低下すること、および、厚い強化繊維束が含まれていると、局所的に繊維配向が過多となり、繊維を介した繊維軸方向と異にする方向への応力伝達が出来ず、本来繊維が持つ強度を十分に活かせないことに着目し、繊維強化熱可塑性樹脂シートを得るための一方向プリプレグについて検討した。その結果、以下に説明する本発明の一方向プリプレグにより上記目的を達成できることを見出した。
すなわち、本発明は以下の好適な態様を包含する。
〔1〕開繊された強化繊維、および、式(1):

Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む、テープ状の一方向プリプレグであって、該ビスフェノールA型エポキシ樹脂は1000〜35000の重量平均分子量を有し、該一方向プリプレグの厚み方向における該強化繊維の平均含有数は10本以下である、一方向プリプレグ。
〔2〕前記一方向プリプレグの幅方向における前記強化繊維の平均含有密度は150〜2000本/mmである、前記〔1〕に記載の一方向プリプレグ。
〔3〕ビスフェノールAをさらに含む、前記〔1〕または〔2〕に記載の一方向プリプレグ。
〔4〕前記一方向プリプレグに含まれる前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂と前記ビスフェノールAとの質量比は50:50〜90:10である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の一方向プリプレグ。
〔5〕強化繊維は炭素繊維である、前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の一方向プリプレグ。
〔6〕前記一方向プリプレグの幅長の変動係数は5%以下である、前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の一方向プリプレグ。
〔7〕前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の一方向プリプレグのランダム積層体である、繊維強化熱可塑性樹脂シート。
〔8〕前記繊維強化熱可塑性樹脂シートの単位厚みあたりの前記一方向プリプレグの層数は10〜20層/mmである、前記〔7〕に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
〔9〕(a)強化繊維を、厚み方向における平均含有数が10本以下になるまで開繊する工程、ここで、開繊された強化繊維の幅長の変動係数は5%以下である、および、
(b)開繊された強化繊維に、式(1):
Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含浸させる工程
を少なくとも含む、一方向プリプレグの製造方法。 The present inventors have found that when there are gaps (voids) that are not impregnated with the matrix resin between the reinforcing fibers, the mechanical properties of the finally obtained molded article are lowered, and a thick reinforcing fiber bundle is included. If this is the case, there will be excessive fiber orientation locally, stress transmission in a direction different from the fiber axis direction through the fiber will not be possible, and it will not be possible to fully utilize the strength of the original fiber. A unidirectional prepreg for obtaining a plastic resin sheet was studied. As a result, it has been found that the above object can be achieved by the unidirectional prepreg of the present invention described below.
That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] Reinforced fiber opened and formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
A tape-shaped unidirectional prepreg comprising a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula, wherein the bisphenol A type epoxy resin has a weight average molecular weight of 1000 to 35000, and the reinforcement in the thickness direction of the unidirectional prepreg Unidirectional prepreg having an average fiber content of 10 or less.
[2] The unidirectional prepreg according to [1], wherein the average content density of the reinforcing fibers in the width direction of the unidirectional prepreg is 150 to 2000 fibers / mm.
[3] The unidirectional prepreg according to [1] or [2], further including bisphenol A.
[4] The mass ratio of the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol A contained in the unidirectional prepreg is 50:50 to 90:10, one of the above [1] to [3] Directional prepreg.
[5] The unidirectional prepreg according to any one of [1] to [4], wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber.
[6] The unidirectional prepreg according to any one of [1] to [5], wherein a variation coefficient of a width length of the unidirectional prepreg is 5% or less.
[7] A fiber-reinforced thermoplastic resin sheet, which is a random laminate of the unidirectional prepreg according to any one of [1] to [6].
[8] The fiber-reinforced thermoplastic resin sheet according to [7], wherein the number of layers of the unidirectional prepreg per unit thickness of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet is 10 to 20 layers / mm.
[9] (a) The step of opening the reinforcing fiber until the average content in the thickness direction is 10 or less, where the variation coefficient of the width length of the opened reinforcing fiber is 5% or less, and,
(B) Formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
The manufacturing method of the unidirectional prepreg including the process of impregnating the bisphenol A type epoxy resin represented by these.

本発明の一方向プリプレグを用いることにより、成形性と強度に優れる繊維強化熱可塑性樹脂シートを得ることができる。   By using the unidirectional prepreg of the present invention, a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet excellent in moldability and strength can be obtained.

本発明の一方向プリプレグの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the unidirectional prepreg of this invention. 本発明によらない一方向プリプレグの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the unidirectional prepreg which is not based on this invention. トラバースガイドを備えた装置の概略側面図である。It is a schematic side view of the apparatus provided with the traverse guide. 開繊ガイド、幅ガイドおよび開繊槽を備えた装置の概略側面図である。It is a schematic side view of the apparatus provided with the opening guide, the width guide, and the opening tank. 実施例および比較例の一方向プリプレグを製造するために使用した製造装置の概略側面図である。It is a schematic side view of the manufacturing apparatus used in order to manufacture the unidirectional prepreg of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の一方向プリプレグに樹脂組成物を含浸させるため使用した製造装置の概略側面図である。It is a schematic side view of the manufacturing apparatus used in order to impregnate the resin composition in the unidirectional prepreg of an Example and a comparative example.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更をすることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The scope of the present invention is not limited to the embodiment described here, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一方向プリプレグは、開繊された強化繊維、および、式(1):

Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含み、該ビスフェノールA型エポキシ樹脂は1000〜35000の重量平均分子量を有し、該一方向プリプレグの厚み方向における該強化繊維の平均含有数は10本以下である。本発明の一方向プリプレグにおいて、厚み方向における強化繊維の平均含有数が10本以下であることと、1000〜35000の重量平均分子量を有する比較的低分子量のビスフェノールA型エポキシ樹脂とを含んでいることにより、樹脂マトリックス中にボイド等が含まれることなく強化繊維が存在する。このため、本発明の一方向プリプレグを用いて得られる繊維強化熱可塑性樹脂シートが、高い成形性と強度とを兼ね備える。 The unidirectional prepreg of the present invention comprises an opened reinforcing fiber and a formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
And the bisphenol A type epoxy resin has a weight average molecular weight of 1000 to 35000, and the average content of the reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg is 10 or less. is there. The unidirectional prepreg of the present invention includes an average content of reinforcing fibers in the thickness direction of 10 or less and a relatively low molecular weight bisphenol A type epoxy resin having a weight average molecular weight of 1000 to 35000. As a result, the reinforcing fibers are present without voids and the like contained in the resin matrix. For this reason, the fiber reinforced thermoplastic resin sheet obtained by using the unidirectional prepreg of the present invention has high moldability and strength.

本発明の一方向プリプレグに含まれる強化繊維としては、例えばアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール(PBO)繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。これら強化繊維としては、数千本以上のフィラメントで構成される強化繊維が好ましく、一方向プリプレグを製造するにあたり3000〜60000本のフィラメントで構成される強化繊維が好適に利用される。本発明の一方向プリプレグを成形体として使用する場合、成形体の強度・剛性の観点から、強化繊維は炭素繊維であることがより好ましい。本発明の一方向プリプレグは、1種類の強化繊維を含有してもよいし、二種以上の強化繊維を組み合わせて含有してもよい。   Examples of the reinforcing fibers included in the unidirectional prepreg of the present invention include organic fibers such as aramid fibers, polyethylene fibers, polyparaphenylene benzoxador (PBO) fibers, glass fibers, carbon fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, and Tyranno. Examples thereof include inorganic fibers such as fibers, basalt fibers, and ceramic fibers, metal fibers such as stainless fibers and steel fibers, and other reinforcing fibers using boron fibers, natural fibers, modified natural fibers, and the like as fibers. As these reinforcing fibers, reinforcing fibers composed of several thousand or more filaments are preferable, and reinforcing fibers composed of 3000 to 60000 filaments are suitably used for producing a unidirectional prepreg. When the unidirectional prepreg of the present invention is used as a molded body, the reinforcing fiber is more preferably a carbon fiber from the viewpoint of the strength and rigidity of the molded body. The unidirectional prepreg of the present invention may contain one type of reinforcing fiber or a combination of two or more types of reinforcing fibers.

強化繊維が炭素繊維である本発明の一方向プリプレグの好ましい一態様において、炭素繊維はピッチ系の炭素繊維であってもよいし、PAN系の炭素繊維であってもよい。取扱性の観点から、炭素繊維がPAN系の炭素繊維であることが好ましい。   In a preferred embodiment of the unidirectional prepreg of the present invention in which the reinforcing fiber is a carbon fiber, the carbon fiber may be a pitch-based carbon fiber or a PAN-based carbon fiber. From the viewpoint of handleability, the carbon fiber is preferably a PAN-based carbon fiber.

強化繊維における撚りの有無は特に限定されないが、マトリックス樹脂の浸透を高めやすい観点からは、撚りが少ないかまたは撚りのない強化繊維が好ましい。強化繊維の撚り数は、同様の観点から、好ましくは1回/m以下、より好ましくは0.5回/m以下、さらにより好ましくは0.3回/m以下である。   The presence or absence of twist in the reinforcing fiber is not particularly limited, but from the viewpoint of easily increasing the penetration of the matrix resin, a reinforcing fiber with little twist or no twist is preferable. From the same viewpoint, the number of twists of the reinforcing fiber is preferably 1 time / m or less, more preferably 0.5 times / m or less, and still more preferably 0.3 times / m or less.

炭素繊維は、一定のトラバース幅で円筒状の管であるボビンに巻かれていることが多い。炭素繊維1本のフィラメント径は、通常5〜8μmであり、複数の炭素繊維が所定のフィラメント数(具体的には1000本(1K)、3000本(3K)、6000本(6K)、12000本(12K)、15000本(15K)、18000本(18K)、24000本(24K)、30000本(30K)、60000本(60K))で扁平状に集合した繊維束(炭素繊維トウ)が好適に利用される。炭素繊維のフィラメント数は、開繊された炭素繊維や本発明の一方向プリプレグの所望される幅や厚みに応じて適宜変更してよいが、生産性の観点から、好ましくは3000〜60000本、より好ましくは6000〜24000本である。フィラメント数が上記の上限以下であることが、製造されるプリプレグ内部のボイドの発生を抑制しやすいため好ましい。また、フィラメント数が上記の下限以上であることが、開繊する際の単糸切れによる毛羽立ちおよびプリプレグの割れを抑制しやすいため好ましい。   Carbon fiber is often wound around a bobbin that is a cylindrical tube with a constant traverse width. The filament diameter of one carbon fiber is usually 5 to 8 μm, and a plurality of carbon fibers have a predetermined number of filaments (specifically, 1000 (1K), 3000 (3K), 6000 (6K), 12000 (12K), 15000 pieces (15K), 18000 pieces (18K), 24000 pieces (24K), 30000 pieces (30K), 60000 pieces (60K)) are preferably bundled in a flat shape (carbon fiber tow). Used. The number of carbon fiber filaments may be appropriately changed according to the desired width and thickness of the opened carbon fiber and the unidirectional prepreg of the present invention, but from the viewpoint of productivity, preferably 3000 to 60000, More preferably, it is 6000 to 24000. It is preferable that the number of filaments is not more than the above upper limit because it is easy to suppress the generation of voids inside the prepreg to be produced. Moreover, it is preferable that the number of filaments is equal to or more than the above lower limit because it is easy to suppress fuzz due to single yarn breakage and cracking of the prepreg during fiber opening.

本発明の一方向プリプレグは、開繊された強化繊維を含む。   The unidirectional prepreg of the present invention includes opened reinforcing fibers.

本発明の一方向プリプレグに含まれる開繊された強化繊維において、厚み方向における強化繊維の平均含有数は10本以下である。厚み方向における該平均含有数が10本よりも多いと、厚み方向に強化繊維が重なりすぎているために、上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂を繊維中に十分均一に含浸させることができずに、繊維と繊維の間に樹脂が含浸されていない隙間(ボイド)が生じてしまう。プリプレグにボイドが含まれていると、このボイドは、プリプレグから例えばランダム積層体を経て成形された成形体中に残り、それに起因して成形体の十分な強度が得られない。あるいは、成形体の十分な強度を達成するためには、プリプレグからランダム積層体や成形品を製造する工程においてボイドが除去されるように、高温および/または高圧を適用することや、長いプレス時間を適用するなどの厳しい条件が必要になる。このような厳しい条件は、樹脂の劣化や生産効率の低下をもたらすため好ましくない。また、局所的に繊維配向が過多となり、繊維を介した繊維軸方向と異にする方向への応力伝達ができず、本来繊維が持つ強度を十分に活かせない。厚み方向における平均含有数の上限は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の浸透をより高めると共に、本発明の一方向プリプレグのランダム積層体の強度を高めやすい観点から、好ましくは8本以下、より好ましくは7本以下、さらにより好ましくは6本以下である。該厚み方向における平均含有数の下限値は、樹脂の浸透を高めやすい観点からは少ないほどよく、特に限定されないが、好ましくは1本以上、より好ましくは2本以上、さらにより好ましくは3本以上である。   In the opened reinforcing fibers included in the unidirectional prepreg of the present invention, the average content of reinforcing fibers in the thickness direction is 10 or less. If the average content in the thickness direction is more than 10, the reinforcing fibers are excessively overlapped in the thickness direction, so that the fibers cannot be sufficiently impregnated with the bisphenol A type epoxy resin. A gap (void) in which the resin is not impregnated is formed between the fiber and the fiber. If the prepreg contains voids, the voids remain in the molded body formed from the prepreg, for example, through a random laminate, and as a result, sufficient strength of the molded body cannot be obtained. Alternatively, in order to achieve sufficient strength of the molded body, high temperature and / or high pressure is applied so that voids are removed in the process of manufacturing a random laminate or molded product from the prepreg, and a long press time is used. Strict conditions such as applying are required. Such severe conditions are not preferable because they cause deterioration of the resin and a decrease in production efficiency. Further, the fiber orientation is excessively locally, the stress cannot be transmitted in a direction different from the fiber axis direction through the fiber, and the strength inherent to the fiber cannot be fully utilized. The upper limit of the average content in the thickness direction is preferably 8 or less, more preferably 7 from the viewpoint of further enhancing the penetration of the bisphenol A type epoxy resin and increasing the strength of the random laminate of the unidirectional prepreg of the present invention. The number is less than this, and even more preferably less than 6. The lower limit of the average content in the thickness direction is preferably as low as possible from the viewpoint of easily increasing the penetration of the resin, and is not particularly limited, but is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and even more preferably 3 or more. It is.

開繊された強化繊維が上記の構成を有することにより、本発明の一方向プリプレグの厚み方向における強化繊維の平均含有数を10本以下とすることができる。同様に、本発明の一方向プリプレグの厚み方向における強化繊維の平均含有数は、好ましくは8本以下、より好ましくは7本以下、さらにより好ましくは6本以下、特に好ましくは5.5本以下である。また、該厚み方向における平均含有数の下限値は、好ましくは1本以上、より好ましくは2本以上、さらにより好ましくは3本以上である。   When the opened reinforcing fiber has the above-described configuration, the average content of reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg of the present invention can be 10 or less. Similarly, the average content of reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 8 or less, more preferably 7 or less, even more preferably 6 or less, and particularly preferably 5.5 or less. It is. Moreover, the lower limit of the average content in the thickness direction is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and even more preferably 3 or more.

本発明の一方向プリプレグに含まれる厚み方向における強化繊維の含有数は、プリプレグを厚み方向に切断した断面を樹脂等で包埋して電子顕微鏡等を用いて観察し、得られた画像において厚み方向に存在する繊維の本数を数えることにより測定する。このようにして、少なくとも5箇所の断面画像において厚み方向に存在する繊維の本数を数え、その平均値を厚み方向における強化繊維の平均含有数とする。上記断面観察において、切断時の外力によるプリプレグへの影響を最小限にするために、例えばプリプレグの両面を金属等の剛性のある板で挟み固定した状態で切断し、断面観察を行ってもよい。なお、上記少なくとも5箇所の測定は、本発明の一方向プリプレグがある程度の長さを有する場合(例えばボビンに巻き取られた形態のテープ状である場合)には、繊維軸方向に例えば50cm程度の間隔で少なくとも5箇所について測定を行ってもよいし、本発明の一方向プリプレグがカットされたテープの形態である場合には、カットされた複数のプリプレグの中から任意に少なくとも5つのプリプレグを取り出して測定を行ってもよい。以下、複数箇所について測定する場合には、上記と同様にして複数箇所の測定を行ってよい。   The number of reinforcing fibers contained in the unidirectional prepreg of the present invention in the thickness direction is determined by embedding a cross-section of the prepreg in the thickness direction with a resin or the like and observing it with an electron microscope or the like. It is measured by counting the number of fibers present in the direction. In this way, the number of fibers present in the thickness direction is counted in at least five cross-sectional images, and the average value is defined as the average number of reinforcing fibers in the thickness direction. In the above cross-sectional observation, in order to minimize the influence on the prepreg due to the external force at the time of cutting, for example, the cross-section observation may be performed by cutting both surfaces of the prepreg sandwiched between rigid plates such as metal. . In addition, the measurement of the above-mentioned at least 5 places is, for example, about 50 cm in the fiber axis direction when the unidirectional prepreg of the present invention has a certain length (for example, in the form of a tape wound around a bobbin). Measurement may be performed at least at five intervals, and when the unidirectional prepreg of the present invention is in the form of a cut tape, at least five prepregs are arbitrarily selected from the plurality of cut prepregs. You may take out and measure. Hereinafter, when measuring at a plurality of locations, the measurement at a plurality of locations may be performed in the same manner as described above.

本発明の一方向プリプレグに含まれる開繊された強化繊維の幅方向における前記強化繊維の平均含有密度は、好ましくは150〜2000本/mm、より好ましくは500〜1500本/mm、さらにより好ましく700〜1000本/mmである。幅方向における強化繊維の平均含有密度が上記の上限以下である場合、樹脂を含浸させる際にプリプレグ内部にボイドが生じにくい。また、幅方向における強化繊維の平均含有密度が上記の下限以上である場合、プリプレグの割れの発生を防止しやすい。開繊された強化繊維が上記の構成を有することにより、本発明の一方向プリプレグに含まれる幅方向における強化繊維の平均含有密度を、好ましくは150〜2000本/mm、より好ましくは500〜1500本/mm、さらにより好ましく700〜1000本/mmとすることができる。本発明の一方向プリプレグの幅方向における強化繊維の平均含有密度を上記の範囲内にすることにより、薄層でありながらも割れが生じにくく、かつ、ボイドが低減されるという本発明の一方向プリプレグの特徴をより向上させやすい。さらに、このような特徴を有する本発明の一方向プリプレグを用いることにより、繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形性および強度を高めやすく、また、繊維強化熱可塑性樹脂シートから製造した成形体の品質も向上させやすい。ここで、幅方向における前記強化繊維の平均含有密度は、本発明のプリプレグの単位幅あたりに含まれる強化繊維の平均含有数であり、次の式(2)より算出される。なお、式(2)中の厚み方向における強化繊維の平均含有数の測定方法は上記に述べたとおりである。また、式(2)中の(1/強化繊維の単糸直径[mm])は、幅方向1mmあたりの単位積層内に含まれ得る強化繊維の本数を表す。

Figure 0006176691
The average content density of the reinforcing fibers in the width direction of the opened reinforcing fibers contained in the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 150 to 2000 / mm, more preferably 500 to 1500 / mm, and even more preferably. 700-1000 pieces / mm. When the average content density of reinforcing fibers in the width direction is not more than the above upper limit, voids are not easily generated inside the prepreg when the resin is impregnated. Moreover, when the average content density of the reinforcing fibers in the width direction is not less than the above lower limit, it is easy to prevent the prepreg from cracking. When the opened reinforcing fiber has the above-described configuration, the average density of reinforcing fibers in the width direction included in the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 150 to 2000 fibers / mm, more preferably 500 to 1500. Book / mm, more preferably 700-1000 book / mm. By making the average content density of the reinforcing fibers in the width direction of the unidirectional prepreg of the present invention within the above range, the unidirectional prepreg of the present invention is less likely to crack even though it is a thin layer and the voids are reduced. It is easy to improve the characteristics of the prepreg. Furthermore, by using the unidirectional prepreg of the present invention having such characteristics, it is easy to improve the moldability and strength of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet, and the quality of the molded body produced from the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet is also improved. Easy to improve. Here, the average content density of the reinforcing fibers in the width direction is an average number of reinforcing fibers contained per unit width of the prepreg of the present invention, and is calculated from the following equation (2). In addition, the measuring method of the average content number of the reinforced fiber in the thickness direction in Formula (2) is as having described above. Further, (1 / single yarn diameter [mm] of reinforcing fibers) in the formula (2) represents the number of reinforcing fibers that can be included in a unit laminate per 1 mm in the width direction.
Figure 0006176691

本発明の一方向プリプレグに含まれる開繊された強化繊維の幅長の変動係数(CV値)は、好ましくは5%以下である。本発明において、変動係数は開繊された強化繊維の繊維方向にほぼ直交する幅の長さを少なくとも10箇所において測定し、この結果から得た平均値および標準偏差から、変動係数(CV)=標準偏差/平均値の式により算出される。開繊された強化繊維が上記の構成を有することにより、本発明の一方向プリプレグにおける幅長の変動係数を、好ましくは5%以下とすることができる。これにより、本発明のプリプレグからランダム積層体を製造する際に、積層ムラが生じにくくなり、ランダム積層体の等方性を確保しやすくなる。 The variation coefficient (CV value) of the width length of the opened reinforcing fibers contained in the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 5% or less. In the present invention, the coefficient of variation is determined by measuring the length of the width substantially orthogonal to the fiber direction of the opened reinforcing fiber at at least 10 points, and from the average value and standard deviation obtained from the results, the coefficient of variation (CV) = It is calculated by the standard deviation / average value formula. When the opened reinforcing fiber has the above-described configuration, the variation coefficient of the width length in the unidirectional prepreg of the present invention can be preferably 5% or less. Thereby, when manufacturing a random laminated body from the prepreg of this invention, it becomes difficult to produce lamination | stacking nonuniformity and it becomes easy to ensure the isotropy of a random laminated body.

本発明の一方向プリプレグの好ましい態様を、図を用いて説明する。図1は、厚み方向における強化繊維の平均含有数が10本以下である本発明の好ましい一態様の一方向プリプレグを厚み方向に切断した際の断面の模式図を表す。図2は、厚み方向における強化繊維の平均含有数が10本より多い、本発明に該当しない一方向プリプレグを厚み方向に切断した際の断面の模式図を表す。本発明の好ましい一態様を示す図1においては、ビスフェノールA型樹脂を含むマトリックス樹脂1が強化繊維2の間に十分に浸透しているが、本発明に該当しない一態様を示す図2では、強化繊維2の間にビスフェノールA型樹脂を含むマトリックス樹脂1が存在しないボイド3が存在していると考えられる。この違いが、最終的な成形品を製造する際の成形性や、得られた成形品の強度に影響を与えると考えられる。なお、図1は本発明の一方向プリプレグの一態様を示す模式図であり、本発明の一方向プリプレグの断面形状を何ら限定するものではない。   A preferred embodiment of the unidirectional prepreg of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic view of a cross section when a unidirectional prepreg of a preferred embodiment of the present invention in which the average content of reinforcing fibers in the thickness direction is 10 or less is cut in the thickness direction. FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross section when a unidirectional prepreg not having the average content of the reinforcing fiber in the thickness direction is more than 10 and cut in the thickness direction. In FIG. 1 showing a preferred embodiment of the present invention, the matrix resin 1 containing the bisphenol A resin is sufficiently permeated between the reinforcing fibers 2, but in FIG. 2 showing one embodiment not corresponding to the present invention, It is considered that there is a void 3 between the reinforcing fibers 2 where the matrix resin 1 containing the bisphenol A type resin does not exist. This difference is considered to affect the formability when producing the final molded product and the strength of the obtained molded product. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the unidirectional prepreg of the present invention, and does not limit the cross-sectional shape of the unidirectional prepreg of the present invention.

本発明の一方向プリプレグは、さらに、式(1):

Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む。該ビスフェノールA型エポキシ樹脂は1000〜35000の重量平均分子量を有する。これにより、テープ生産時の取扱い性が良く、さらにこのテープを用いて製造される繊維強化熱可塑性シートの成形性・賦形性を高めることができる。ビスフェノールA型エポキシ樹脂の重量平均分子量は、生産性・成形性の観点から、好ましくは5000〜25000である。ここで、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いた装置により測定される。重量平均分子量が上記の下限以上であることが一方向プリプレグの取扱性の観点から好ましく、重量平均分子量が上記の上限以下であることが、ランダム積層体を製造する際の樹脂の流動性が良好となり、ボイド率が低く十分な強度を有する成形体を製造しやすいため好ましい。 The unidirectional prepreg of the present invention further comprises formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
The bisphenol A type epoxy resin represented by these is included. The bisphenol A type epoxy resin has a weight average molecular weight of 1000 to 35000. Thereby, the handleability at the time of tape production is good, Furthermore, the moldability and the shapeability of the fiber reinforced thermoplastic sheet manufactured using this tape can be improved. The weight average molecular weight of the bisphenol A type epoxy resin is preferably 5000 to 25000 from the viewpoints of productivity and moldability. Here, the weight average molecular weight is measured by an apparatus using gel permeation chromatography (GPC). The weight average molecular weight is preferably not less than the above lower limit from the viewpoint of handleability of the unidirectional prepreg, and the weight average molecular weight is not more than the above upper limit, the resin fluidity when producing a random laminate is good. Therefore, it is preferable because it is easy to produce a molded body having a low void ratio and sufficient strength.

本発明の一方向プリプレグは、上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂と反応し得るさらなる化合物を含むことが好ましい。このような化合物としては、例えばビスフェノールA(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン;BPA)、ビスフェノールF(4,4’−メチレン−ビスフェノール;BPF)、ビスフェノールS(ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン;BPS)、ビスフェノールB(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン;BPB)、ビスフェノールE(4,4’−(メチルメチレン)ビスフェノール;BPE)、ビスフェノールP(2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン;BPP)等が挙げられ、好ましくはビスフェノールAである。本発明の一方向プリプレグがビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂と反応し得るさらなる化合物とを含むことが、これらの成分が続くランダム積層体の成形時に重合し、より強固なシートを得やすいため好ましい。また、プリプレグの製造およびランダム積層体の成形の際に、重合する樹脂内に取り込まれることで、成形体の耐熱性を高めることが期待できる。   The unidirectional prepreg of the present invention preferably contains a further compound capable of reacting with the bisphenol A type epoxy resin. Examples of such compounds include bisphenol A (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane; BPA), bisphenol F (4,4′-methylene-bisphenol; BPF), bisphenol S (bis (4-hydroxy Phenyl) sulfone; BPS), bisphenol B (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane; BPB), bisphenol E (4,4 '-(methylmethylene) bisphenol; BPE), bisphenol P (2,2- Bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane; BPP) and the like are preferable, and bisphenol A is preferable. The unidirectional prepreg of the present invention contains a bisphenol A type epoxy resin and a further compound capable of reacting with the bisphenol A type epoxy resin, and these components are polymerized at the time of forming a random laminate, thereby obtaining a stronger sheet. It is preferable because it is easy to obtain. In addition, when the prepreg is produced and the random laminate is molded, the heat resistance of the molded body can be expected to be increased by being taken into the polymerizing resin.

本発明の一方向プリプレグがビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールAとを含む本発明の好ましい一態様において、一方向プリプレグに含まれる前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂と前記ビスフェノールAとの質量比は、プリプレグを用いて得られる成形体の強度・剛性・耐熱性の観点から好ましくは50:50〜90:10、より好ましくは60:40〜80:20である。質量比におけるビスフェノールAの割合が上記の下限以上であることがプリプレグから得られる成形体の耐熱性を高める観点から好ましい。また、質量比におけるビスフェノールAの割合が上記の上限以下であることが、開繊された強化繊維にビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールAを良好な分散状態で含浸させやすいため好ましい。   In a preferred embodiment of the present invention in which the unidirectional prepreg of the present invention contains bisphenol A type epoxy resin and bisphenol A, the mass ratio of the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol A contained in the unidirectional prepreg is prepreg. From the viewpoint of the strength, rigidity, and heat resistance of the molded product obtained by using, the ratio is preferably 50:50 to 90:10, more preferably 60:40 to 80:20. It is preferable from the viewpoint of increasing the heat resistance of the molded article obtained from the prepreg that the ratio of bisphenol A in the mass ratio is not less than the above lower limit. Moreover, it is preferable that the ratio of bisphenol A in the mass ratio is not more than the above upper limit because the reinforced fiber thus opened is easily impregnated with bisphenol A type epoxy resin and bisphenol A in a well dispersed state.

本発明の一方向プリプレグは、上記の他に任意の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば有機溶媒、反応促進剤、カップリング剤、顔料、消泡剤、防カビ剤、劣化防止剤等が挙げられる。これらの添加剤を加える場合、その量は添加の目的等に応じて適宜変更してよい。   In addition to the above, the unidirectional prepreg of the present invention may contain any additive. Examples of the additive include an organic solvent, a reaction accelerator, a coupling agent, a pigment, an antifoaming agent, an antifungal agent, and a deterioration preventing agent. When these additives are added, the amount thereof may be appropriately changed according to the purpose of addition.

本発明の一方向プリプレグは、テープ状である。テープ状のプリプレグはボビンに巻き取られた形態であってもよいし、これを所定の長さに切断した形態であってもよい。   The unidirectional prepreg of the present invention has a tape shape. The tape-shaped prepreg may be wound around a bobbin or may be cut into a predetermined length.

本発明の一方向プリプレグの平均厚みは、好ましくは10〜200μm、より好ましくは20〜180μm、さらにより好ましくは40〜160μmである。平均厚みが上記の上限以下であることが、プリプレグ内部のボイドの発生を抑制できるため好ましい。また、平均厚みが上記の下限以上であることが、プリプレグの割れを抑制できるため好ましい。上記平均厚みは、プリプレグの少なくとも10箇所について、該プリプレグの厚みを厚み計を用いて測定した平均値である。   The average thickness of the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 10 to 200 μm, more preferably 20 to 180 μm, and still more preferably 40 to 160 μm. It is preferable that the average thickness is not more than the above upper limit because generation of voids inside the prepreg can be suppressed. Moreover, since it is possible to suppress cracking of the prepreg, the average thickness is preferably equal to or more than the above lower limit. The said average thickness is an average value which measured the thickness of this prepreg using the thickness meter about at least 10 places of a prepreg.

上記した開繊された強化繊維の平均含有密度および厚みを考慮すれば、本発明の一方向プリプレグの平均幅は、例えば12Kの炭素繊維の原糸を用いる場合、好ましくは10〜18mmである。この場合、平均幅を10mm以上とすると、製造されるプリプレグ内部のボイドの発生を抑制しやすく、平均幅を18mm以下とすると、開繊する際の単糸切れによる毛羽立ちおよびプリプレグの割れを抑制しやすい。ここで、上記平均幅は、測定用カメラ等を用いて、プリプレグの幅を少なくとも10箇所について測定した平均値である。なお、本発明の一方向プリプレグにおいて、幅方向とは、プリプレグ表面における繊維方向に直交する方向である。   Considering the average content density and thickness of the above-described opened reinforcing fibers, the average width of the unidirectional prepreg of the present invention is preferably 10 to 18 mm when using, for example, a 12K carbon fiber yarn. In this case, if the average width is 10 mm or more, it is easy to suppress the generation of voids in the produced prepreg, and if the average width is 18 mm or less, fluffing due to single yarn breakage at the time of opening and cracking of the prepreg are suppressed. Cheap. Here, the average width is an average value obtained by measuring the width of the prepreg at least at 10 locations using a measurement camera or the like. In the unidirectional prepreg of the present invention, the width direction is a direction orthogonal to the fiber direction on the prepreg surface.

本発明の一方向プリプレグの繊維方向の平均長さは特に限定されない。一方向プリプレグの使用用途に応じて適宜変更される。   The average length in the fiber direction of the unidirectional prepreg of the present invention is not particularly limited. It changes suitably according to the use application of a unidirectional prepreg.

本発明の一方向プリプレグは、最終的に得られる成形体の成形性や機械的強度を高めやすい観点から、平均厚み2mmを有する繊維強化熱可塑性シートにおいてJIS−7075に従い測定し、好ましくは0〜0.4%のボイド率を有する。   The unidirectional prepreg of the present invention is measured according to JIS-7075 in a fiber-reinforced thermoplastic sheet having an average thickness of 2 mm from the viewpoint of easily improving the moldability and mechanical strength of the finally obtained molded product, preferably 0 to It has a void fraction of 0.4%.

本発明の一方向プリプレグにおいて、開繊された強化繊維に拘束剤を付着させてもよい。拘束剤を付着させることにより、開繊された強化繊維の幅の拘束性を高めやすく、また、本発明の一方向プリプレグを製造する際に発生し得る割れを抑制することができる。拘束剤の付着量は、最終的に得られるプリプレグの物性低下への影響を考慮して、強化繊維の重量に基づいて0.8重量%以下であることが好ましく、0.3〜0.5重量%であることがより好ましい。拘束剤の付着量を上記の上限以下とすることが、開繊された強化繊維の幅の拘束性を高めやすいため好ましい。拘束剤の付着量を上記した範囲とすることで、プリプレグから得られる成形体の物性低下および一方向プリプレグを製造する際に発生し得る割れを抑制しやすい。使用する拘束剤の種類としては特に限定されないが、乳化させたエポキシ樹脂や乳化させた変性ポリオレフィン樹脂等が好適に利用される。   In the unidirectional prepreg of the present invention, a binding agent may be attached to the opened reinforcing fiber. By attaching the restraining agent, it is easy to improve the width restraint of the opened reinforcing fiber, and it is possible to suppress cracks that may occur when the unidirectional prepreg of the present invention is manufactured. The adhesion amount of the restraining agent is preferably 0.8% by weight or less based on the weight of the reinforcing fiber in consideration of the influence on the physical property deterioration of the finally obtained prepreg, and is 0.3 to 0.5 More preferably, it is% by weight. It is preferable that the amount of binding of the restraining agent is not more than the above upper limit because it is easy to improve the restraining property of the width of the opened reinforcing fiber. By making the adhesion amount of a restraining agent into the above-mentioned range, it is easy to suppress the physical property fall of the molded object obtained from a prepreg, and the crack which may occur when manufacturing a unidirectional prepreg. The type of the binding agent to be used is not particularly limited, but an emulsified epoxy resin, an emulsified modified polyolefin resin, or the like is preferably used.

本発明はまた、
(a)強化繊維を、厚み方向における平均含有数が10本以下になるまで開繊する工程、ここで、開繊された強化繊維の幅長の変動係数は5%以下である、および、
(b)開繊された強化繊維に、式(1):

Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含浸させる工程
を少なくとも含む、一方向プリプレグの製造方法も提供する。本発明の上記一方向プリプレグも、好ましくは本発明の製造方法により製造される。本発明の製造方法は、強化繊維を厚み方向における平均含有数が10本以下になるまで開繊する工程(以下において「工程(a)」とも称する)と、開繊された強化繊維に樹脂を含浸させる工程(以下において「工程(b)」とも称する)とが含まれていればよいが、通常は、工程(a)を行った後で、工程(b)が行われる。しかし、開繊を行いながら含浸を行う、工程(a)と工程(b)とを同時に行う方法も本発明の製造方法に含まれる。 The present invention also provides
(A) a step of opening the reinforcing fibers until the average content in the thickness direction is 10 or less, wherein the variation coefficient of the width length of the opened reinforcing fibers is 5% or less, and
(B) Formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
A method for producing a unidirectional prepreg comprising at least a step of impregnating a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula: The unidirectional prepreg of the present invention is also preferably manufactured by the manufacturing method of the present invention. The production method of the present invention comprises a step of opening the reinforcing fibers until the average content in the thickness direction is 10 or less (hereinafter also referred to as “step (a)”), and a resin is applied to the opened reinforcing fibers. The step of impregnation (hereinafter also referred to as “step (b)”) may be included, but usually, after step (a) is performed, step (b) is performed. However, a method of simultaneously performing the step (a) and the step (b) in which the impregnation is performed while the fiber is opened is also included in the production method of the present invention.

上記、工程(a)で使用する強化繊維は、特に限定されないが、通常「原糸」とも称される未開繊の強化繊維である。このような強化繊維は、一定のトラバース幅で円筒状の管であるボビンに巻かれており、これを解舒して使用することが多い。   The reinforcing fiber used in the step (a) is not particularly limited, but is an unopened reinforcing fiber that is usually also referred to as “raw yarn”. Such a reinforcing fiber is wound around a bobbin which is a cylindrical tube with a constant traverse width, and is often used after being unwound.

ここで、通常、円筒状のボビンにトラバース巻きされた原糸を単に解舒しただけでは、繊維束は進行方向に対して蛇行した状態で送り出されることとなる。上記に述べた本発明の一方向プリプレグを得やすい観点からは、原糸由来のトラバースを解消し、繊維束が蛇行することなく進行方向に対して真っ直ぐに送り出されるような装置を使用することが好ましい。   Here, the fiber bundle is usually sent out in a meandering manner with respect to the traveling direction only by unwinding the raw yarn traversed around the cylindrical bobbin. From the viewpoint of easily obtaining the unidirectional prepreg of the present invention described above, it is possible to use an apparatus that eliminates the traverse derived from the raw yarn and allows the fiber bundle to be sent straight out in the traveling direction without meandering. preferable.

上記トラバースを解消するための装置を図3に示す。例えば、原糸を解舒して送り出す送りだし機構と、複数の糸道ガイド7と、強化繊維のトラバースを解消するトラバースガイド8とを備えた装置を使用することが好ましい。このような装置を用いて例えば炭素繊維を解舒する工程について、以下に説明する。図3に示すように、トラバースガイド8は直前の糸道ガイド7aと垂直に交差するように、直前の糸道ガイド7aの上方および下方の何れか一方に設けられている(図3では直前の糸道ガイド7aの下方に設けられている)。ここで、扁平状の繊維束のガイドとの接触面は直前の糸道ガイド7a、トラバースガイド8、直後の糸道ガイド7bの何れとも同じ面となるように送り出されることが好ましい。送り出し機構としては、原糸4をセットする原糸ボビンホルダー5と送出張力発生モーター6とを備えた装置が例示される。糸道ガイド7としては、金属製の縦ガイドローラーが好適に利用される。糸道ガイド7は、原糸ボビンホルダー5とほぼ平行となるように繊維束の進行方向に沿って設けられていることが好ましい。糸道ガイド7の直径は、設備の省スペース化および強化繊維の取扱い性の観点から好ましくは20〜40mm程度である。原糸ボビンホルダー5にセットされた強化繊維の原糸4は、送出張力発生モーター6が駆動することにより送り出され、糸道ガイド7を経て強化繊維を開繊するための工程(a)へ送られる。   An apparatus for eliminating the traverse is shown in FIG. For example, it is preferable to use an apparatus including a feed mechanism that unwinds and feeds the raw yarn, a plurality of yarn path guides 7, and a traverse guide 8 that eliminates the traverse of the reinforcing fibers. The process of unwinding, for example, carbon fiber using such an apparatus will be described below. As shown in FIG. 3, the traverse guide 8 is provided either above or below the immediately preceding yarn path guide 7a so as to intersect perpendicularly with the immediately preceding thread path guide 7a (in FIG. Provided below the yarn path guide 7a). Here, it is preferable that the contact surface with the guide of the flat fiber bundle is sent out so that all of the immediately preceding yarn path guide 7a, the traverse guide 8 and the immediately following thread path guide 7b are the same surface. As the delivery mechanism, an apparatus including a raw yarn bobbin holder 5 for setting the raw yarn 4 and a delivery tension generating motor 6 is exemplified. As the yarn path guide 7, a metal vertical guide roller is preferably used. The yarn path guide 7 is preferably provided along the traveling direction of the fiber bundle so as to be substantially parallel to the raw yarn bobbin holder 5. The diameter of the yarn path guide 7 is preferably about 20 to 40 mm from the viewpoint of space saving of equipment and handling of reinforcing fibers. The reinforced fiber yarn 4 set in the yarn bobbin holder 5 is sent out by driving the delivery tension generating motor 6 and sent to the step (a) for opening the reinforced fiber through the yarn path guide 7. It is done.

原糸4の繊維束が直前の糸道ガイド7aからトラバースガイド8へ送り出される際に90°、トラバースガイド8から直後の糸道ガイド7bへ送り出される際に90°それぞれ捻られ、これらのガイドを通る際に1回撚られることとなる。これにより、原糸由来のトラバースが解消され、炭素束が蛇行することなく進行方向に対して真っ直ぐに送り出すことが可能となる。繊維束が直前の糸道ガイドから直後の糸道ガイドへ送り出される際、捻りの方向は繊維の進行方向に対してS方向、Z方向またはこれらを組み合わせて用いられる。   The fiber bundle of the raw yarn 4 is twisted by 90 ° when it is sent out from the immediately preceding yarn path guide 7a to the traverse guide 8, and 90 ° when it is sent out from the traverse guide 8 to the immediately following yarn path guide 7b. When passing, it will be twisted once. Thereby, the traverse derived from the raw yarn is eliminated, and the carbon bundle can be sent out straight in the traveling direction without meandering. When the fiber bundle is sent out from the immediately preceding yarn path guide to the immediately following thread path guide, the twist direction is used in the S direction, the Z direction, or a combination of these with respect to the fiber traveling direction.

トラバースガイド8は糸道ガイド7と同じ金属製の縦ガイドローラーを用いてもよく、径の小さいピンガイドを用いてもよい。さらに、モーター等の駆動源を用いてトラバースガイドを繊維束の進行方向と逆方向に駆動するように設けたり、ガイドの表面に微細な凹凸を設けたりしてもよい。このようにトラバースガイド8を繊維束に対して抵抗を加えるように設けることにより、繊維束がトラバースガイド8を通過する際に繊維束の端部の折り返しを防止することができ、繊維束を扁平な状態(例えば12Kの原糸を使用する場合には、繊維方向に直交する幅が5〜8mmまたは8〜10mm)を維持したまま送り出すことができる。   The traverse guide 8 may be the same metal vertical guide roller as the yarn path guide 7 or may be a pin guide having a small diameter. Further, the traverse guide may be provided so as to be driven in the direction opposite to the traveling direction of the fiber bundle using a driving source such as a motor, or fine irregularities may be provided on the surface of the guide. By providing the traverse guide 8 so as to apply resistance to the fiber bundle in this way, the end of the fiber bundle can be prevented from being folded when the fiber bundle passes through the traverse guide 8, and the fiber bundle is flattened. (For example, when using a 12K raw yarn, the width orthogonal to the fiber direction is 5 to 8 mm or 8 to 10 mm).

トラバースガイド8と直前の糸道ガイド7aおよび直後の糸道ガイド7bとの間隔は1m以上であることが好ましい。これにより、繊維束がトラバースガイドを通過することによる端部の折り返しを防止することが可能となる。   The distance between the traverse guide 8, the immediately preceding yarn path guide 7a, and the immediately following thread path guide 7b is preferably 1 m or more. As a result, it is possible to prevent the end portion from being folded due to the fiber bundle passing through the traverse guide.

本発明の製造方法は、例えば上記のようにして解舒した強化繊維を、厚み方向における平均含有数が10本以下になるまで開繊する工程(a)を少なくとも含む。厚み方向における該平均含有数が10本よりも多いと、厚み方向に強化繊維が重なりすぎているために、上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂を繊維中に十分均一に含浸させることができずに、繊維と繊維の間に樹脂が含浸されていない隙間(ボイド)が生じてしまう。厚み方向における平均含有数の上限は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の浸透をより高めると共に、本発明の一方向プリプレグのランダム積層体の強度を高めやすい観点から、好ましくは8本以下、より好ましくは7本以下、さらにより好ましくは6本以下である。該厚み方向における平均含有数の下限値は、樹脂の浸透を高めやすい観点からは少ないほどよく、特に限定されないが、好ましくは1本以上、より好ましくは2本以上、さらにより好ましくは3本以上である。   The production method of the present invention includes at least a step (a) of opening the reinforcing fiber unwound as described above until the average content in the thickness direction is 10 or less. If the average content in the thickness direction is more than 10, the reinforcing fibers are excessively overlapped in the thickness direction, so that the fibers cannot be sufficiently impregnated with the bisphenol A type epoxy resin. A gap (void) in which the resin is not impregnated is formed between the fiber and the fiber. The upper limit of the average content in the thickness direction is preferably 8 or less, more preferably 7 from the viewpoint of further enhancing the penetration of the bisphenol A type epoxy resin and increasing the strength of the random laminate of the unidirectional prepreg of the present invention. The number is less than this, and even more preferably less than 6. The lower limit of the average content in the thickness direction is preferably as low as possible from the viewpoint of easily increasing the penetration of the resin, and is not particularly limited, but is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and even more preferably 3 or more. It is.

工程(a)において、開繊時に強化繊維に負荷される張力は、好ましくは0.02〜0.1g/本、より好ましくは0.04〜0.06g/本である。このような範囲の張力をかけることにより、開繊性を高めやすく、かつ、単糸切れによる毛羽立ちを抑制しやすい。張力が0.02g/本より低い場合、繊維束が十分に押し広げられず得られる開繊された強化繊維の厚み方向における平均含有数を十分に少なくすることができない場合がある。また、0.1g/本より高い場合、単糸切れによる毛羽立ちが発生しやすくなる場合がある。   In the step (a), the tension applied to the reinforcing fiber at the time of opening is preferably 0.02 to 0.1 g / piece, more preferably 0.04 to 0.06 g / piece. By applying tension in such a range, it is easy to improve the spreadability and to easily suppress fuzz due to single yarn breakage. When the tension is lower than 0.02 g / strand, the average content in the thickness direction of the opened reinforcing fibers obtained because the fiber bundle is not sufficiently expanded may not be sufficiently reduced. Moreover, when it is higher than 0.1 g / string, fuzz due to single yarn breakage may easily occur.

強化繊維の開繊性を向上させるために、超音波開繊法、静電開繊法、プレス開繊法、ジェット開繊法、通気式開繊法等の少なくとも1つを用いてもよい。   In order to improve the opening property of the reinforcing fiber, at least one of an ultrasonic fiber opening method, an electrostatic fiber opening method, a press fiber opening method, a jet fiber opening method, a ventilation type fiber opening method and the like may be used.

工程(a)において、例えば開繊ガイドと、幅ガイドとを備える装置を用いて開繊を行ってよい。図4には、開繊ガイド13a〜13hと幅ガイド10に加えて、開繊槽11とを備えた装置の例を示す。開繊ガイド13a〜13hは、例えば所定の直径を有する円柱形状であり、所定の位置に固定されている。開繊ガイド13a〜13hにより、開繊前の強化繊維9に対して略半径方向から荷重が負荷され、強化繊維はその進行方向に対して鉛直方向から押圧をかけられることとなる。これにより繊維束が押し広げられ強化繊維が開繊される。開繊ガイドの設置本数は特に限定されず、開繊前の強化繊維9の繊維束の幅や、一方向プリプレグの所望される幅等に応じて適宜変更してよい。繊維束と開繊ガイド13a〜13hとの巻き付け角についても同様に、適宜変更してよい。   In the step (a), for example, opening may be performed using an apparatus including a opening guide and a width guide. In FIG. 4, in addition to the opening guides 13a-13h and the width guide 10, the example of the apparatus provided with the opening tank 11 is shown. The spread guides 13a to 13h are, for example, cylindrical shapes having a predetermined diameter, and are fixed at predetermined positions. By the fiber opening guides 13a to 13h, a load is applied from the substantially radial direction to the reinforcing fiber 9 before the fiber opening, and the reinforcing fiber is pressed from the vertical direction in the traveling direction. As a result, the fiber bundle is spread and the reinforcing fibers are opened. The number of opening guides is not particularly limited, and may be appropriately changed according to the width of the fiber bundle of the reinforcing fibers 9 before opening, the desired width of the unidirectional prepreg, and the like. Similarly, the winding angle between the fiber bundle and the spread guides 13a to 13h may be appropriately changed.

幅ガイド10は、繊維束の両端より外側に位置するように設けられる一対のガイドからなり、開繊ガイド13a〜13hの間の少なくとも1か所に開繊ガイドに対して垂直となるように設けられる。開繊前の強化繊維9の繊維束は幅ガイド10の内側を通るため、繊維束の開繊幅を調整することが可能となり、開繊された強化繊維の幅精度を高めることができる。幅ガイド10の設置数および設置幅については特に限定されず、繊維のフィラメント数や一方向プリプレグの所望される幅等に応じて適宜変更してよい。   The width guide 10 includes a pair of guides provided so as to be positioned outside both ends of the fiber bundle, and is provided so as to be perpendicular to the opening guide at least at one position between the opening guides 13a to 13h. It is done. Since the fiber bundle of the reinforcing fiber 9 before opening passes through the inside of the width guide 10, the opening width of the fiber bundle can be adjusted, and the width accuracy of the opened reinforcing fiber can be increased. The number and width of the width guides 10 are not particularly limited, and may be appropriately changed according to the number of filaments of fibers, the desired width of the unidirectional prepreg, and the like.

開繊ガイド13a〜13hおよび幅ガイド10の材質は特に限定されないが、スチール、ステンレス、アルミナ等の金属が好適に利用される。繊維の摩耗を低減させる観点からは、ステンレスの表面にクロムが電解めっきされたガイドを用いることが好ましい。このような材質のガイドは平滑化された表面を有するため、開繊の際にガイドと繊維との接触による摩耗を低下することができ、単糸切れによる毛羽立ちを抑制することができる。   The materials of the spread guides 13a to 13h and the width guide 10 are not particularly limited, but metals such as steel, stainless steel, and alumina are preferably used. From the viewpoint of reducing fiber wear, it is preferable to use a guide in which chromium is electroplated on the surface of stainless steel. Since the guide made of such a material has a smoothed surface, wear due to contact between the guide and the fiber during opening can be reduced, and fuzz due to single yarn breakage can be suppressed.

開繊槽11は、水等の液体を含む開繊溶液12を貯留するために設けられる槽であり、強化繊維を液内で送り出しながら開繊できるように、その内部に開繊ガイドおよび幅ガイドを設けてよい。このように強化繊維を液中に浸しながら開繊を行うことで、強化繊維の製造の際に塗布されるサイジング剤を取り除くことができる。開繊槽におけるサイジング剤の溶出性を高めるために、開繊槽内の液体の温度を高温にしてもよいし、界面活性剤等を添加した液体を使用してもよい。   The opening tank 11 is a tank provided to store the opening solution 12 containing a liquid such as water, and the opening guide and the width guide are provided in the opening so that the reinforcing fiber can be opened while being sent out in the liquid. May be provided. Thus, the sizing agent applied at the time of manufacture of a reinforcing fiber can be removed by performing fiber opening while immersing the reinforcing fiber in the liquid. In order to increase the elution property of the sizing agent in the opening tank, the temperature of the liquid in the opening tank may be increased, or a liquid to which a surfactant or the like is added may be used.

開繊された強化繊維に拘束剤を付着させてもよい。拘束剤を付着させることにより、開繊された強化繊維の幅の拘束性を高めやすく、また、本発明の一方向プリプレグを製造する際に発生し得る割れを抑制することができる。拘束剤は上記の開繊槽内に含ませてもよいし、強化繊維に含まれるサイジング剤を取り除くための開繊槽(デサイズ槽)とは別に、拘束剤を付着させる槽(リサイズ槽)を設けてもよい。拘束剤を付着させることにより、続く工程(b)において、開繊された強化繊維の幅方向の収縮を抑制しやすい。拘束剤の付着量は、最終的に得られるプリプレグの物性低下への影響を考慮して、強化繊維の重量に基づいて0.8重量%以下であることが好ましく、0.3〜0.5重量%であることがより好ましい。拘束剤の例としては、特に限定されないが、乳化させたエポキシ樹脂や変性ポリオレフィン樹脂等が好適に利用される。   A binding agent may be attached to the opened reinforcing fiber. By attaching the restraining agent, it is easy to improve the width restraint of the opened reinforcing fiber, and it is possible to suppress cracks that may occur when the unidirectional prepreg of the present invention is manufactured. The restraining agent may be included in the above-described opening tank, or separately from the opening tank (desize tank) for removing the sizing agent contained in the reinforcing fibers, a tank (resizing tank) to which the restraining agent is attached. It may be provided. By attaching the binding agent, it is easy to suppress shrinkage in the width direction of the opened reinforcing fibers in the subsequent step (b). The adhesion amount of the restraining agent is preferably 0.8% by weight or less based on the weight of the reinforcing fiber in consideration of the influence on the physical property deterioration of the finally obtained prepreg, and is 0.3 to 0.5 More preferably, it is% by weight. Although it does not specifically limit as an example of a restraint agent, The emulsified epoxy resin, modified polyolefin resin, etc. are utilized suitably.

上記のようにして開繊された強化繊維に、次いで、該強化繊維に含まれる水分等を除去する工程、乾燥させる工程(例えば図4中の乾燥ローラー14)、および巻き取る工程(例えば図4中の駆動ローラー15および巻取部16)をそれぞれ必要に応じて施してよい。   Next, the step of removing moisture and the like contained in the reinforcing fibers, the step of drying (for example, the drying roller 14 in FIG. 4), and the step of winding (for example, FIG. 4) are performed on the reinforcing fibers opened as described above. The drive roller 15 and the winding part 16) inside may be applied as necessary.

開繊された強化繊維を乾燥させる工程では、例えば、温度調節可能な複数の乾燥ロールを使用してよい。繊維束が乾燥ロールと接触するように送り出されることにより、繊維束を完全に乾燥させることができる。乾燥ロールの温度は、テープ幅、巻き取り速度、開繊槽内の溶液の揮発性等に応じて適宜変更してよいが、80〜200℃の温度域が好適に利用される。また、各乾燥ロールの温度は同じであっても異なっていてもよい。   In the step of drying the opened reinforcing fibers, for example, a plurality of drying rolls capable of adjusting the temperature may be used. The fiber bundle can be completely dried by being sent out so that the fiber bundle comes into contact with the drying roll. The temperature of the drying roll may be appropriately changed according to the tape width, the winding speed, the volatility of the solution in the fiber opening tank, and the temperature range of 80 to 200 ° C. is preferably used. Moreover, the temperature of each drying roll may be the same or different.

巻き取る工程において、開繊された強化繊維を巻き取る機構(巻き取り軸、モーターなど)とリールが使用される。巻き取り軸に取り付けられたリールが回転することにより、開繊された強化繊維をリールに巻き取ることができる。巻き取り速度は、繊維束の開繊性・開繊された強化繊維の幅等に応じて適宜変更してよい、好ましくは50m/分以下であり、より好ましくは5〜30m/分である。上記範囲の速度で巻き取りを行うことが、幅の精度を高めやすいため好ましい。   In the winding process, a mechanism (winding shaft, motor, etc.) and a reel for winding the opened reinforcing fibers are used. When the reel attached to the take-up shaft rotates, the opened reinforcing fiber can be taken up on the reel. The winding speed may be appropriately changed according to the opening property of the fiber bundle, the width of the opened reinforcing fiber, etc., preferably 50 m / min or less, more preferably 5 to 30 m / min. It is preferable to perform winding at a speed in the above range because it is easy to improve the accuracy of the width.

開繊された強化繊維を巻き取る工程において、各ローラーとの接触により発生する単糸切れによる毛羽立ちを取り除くために、例えばスクレーパー、ブラシ等をローラーと接触するように設けてもよい。   In the step of winding the opened reinforcing fibers, for example, a scraper, a brush, or the like may be provided so as to come into contact with the roller in order to remove fuzz due to single yarn breakage that occurs due to contact with each roller.

上記工程を経て開繊された強化繊維は、5%以下の幅長の変動係数(CV)を有する。かかる変動係数の算出方法は、一方向プリプレグに含まれる開繊された強化繊維について、上記に述べたとおりである。幅長の変動係数を5%以下とすることにより、本発明のプリプレグからランダム積層体を製造する際に、積層ムラが生じにくく、ランダムシートの等方性を確保しやすくなる。   The reinforcing fiber opened through the above process has a coefficient of variation (CV) of a width length of 5% or less. The method for calculating the coefficient of variation is as described above for the opened reinforcing fibers included in the unidirectional prepreg. By making the variation coefficient of width length 5% or less, when manufacturing a random laminated body from the prepreg of the present invention, uneven lamination hardly occurs and it is easy to ensure the isotropy of the random sheet.

上記工程(a)に続く工程(b)において、開繊された強化繊維に、式(1):

Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含浸させる。工程(b)で含浸させるビスフェノールA型エポキシ樹脂の重量平均分子量は好ましくは1000以下である。ビスフェノールA型エポキシ樹脂の重量平均分子量が上記の上限以下であることが、樹脂が低粘性であり、強化繊維間にボイドが生じることなく含浸させやすいため好ましい。 In the step (b) following the step (a), the reinforcing fiber that has been opened is represented by the formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
Is impregnated with a bisphenol A type epoxy resin represented by The weight average molecular weight of the bisphenol A type epoxy resin impregnated in the step (b) is preferably 1000 or less. It is preferable that the weight average molecular weight of the bisphenol A type epoxy resin is not more than the above upper limit because the resin has low viscosity and is easily impregnated without forming voids between the reinforcing fibers.

工程(b)において、さらに、上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂と反応し得るさらなる化合物を含浸させることが好ましい。このような化合物としては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールB、ビスフェノールE、ビスフェノールPが挙げられ、好ましくはビスフェノールAである。工程(b)において、開繊された強化繊維に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂と反応し得るさらなる化合物とを含浸させることが、得られる一方向プリプレグを用いてランダム積層体を製造する際に、これらの化合物が1つの一方向プリプレグ内のみでなく、隣接する一方向プリプレグ間でも重合し、ランダム積層体の強度を高めやすいため好ましい。   In the step (b), it is preferable to impregnate further compounds that can react with the bisphenol A type epoxy resin. Examples of such compounds include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, bisphenol B, bisphenol E, and bisphenol P, and bisphenol A is preferred. Random laminates using the unidirectional prepreg obtained by impregnating the opened reinforcing fibers with bisphenol A type epoxy resin and a further compound capable of reacting with bisphenol A type epoxy resin in step (b) These compounds are preferable because these compounds are polymerized not only within one unidirectional prepreg but also between adjacent unidirectional prepregs, and the strength of the random laminate is easily increased.

工程(b)において、ビスフェノールA型エポキシ樹脂と共にビスフェノールAを含浸させる本発明の好ましい一態様において、一方向プリプレグに含まれる前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂と前記ビスフェノールAとの質量比は、プリプレグを用いて得られる成形体の強度・剛性・耐熱性の観点から、好ましくは50:50〜90:10、より好ましくは60:40〜80:20である。質量比におけるビスフェノールAの割合が上記の下限以上であることがプリプレグから得られる成形体の耐熱性を高めやすいために好ましい。また、質量比におけるビスフェノールAの割合が上記の上限以下であることが、開繊された強化繊維にビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールAを良好な分散状態で含浸させやすいため好ましい。   In a preferred embodiment of the present invention in which bisphenol A is impregnated with bisphenol A type epoxy resin in step (b), the mass ratio between the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol A contained in the unidirectional prepreg is determined using prepreg. From the viewpoint of strength, rigidity, and heat resistance of the molded article obtained in this manner, the ratio is preferably 50:50 to 90:10, more preferably 60:40 to 80:20. It is preferable that the ratio of bisphenol A in the mass ratio is not less than the above lower limit because the heat resistance of the molded product obtained from the prepreg can be easily increased. Moreover, it is preferable that the ratio of bisphenol A in the mass ratio is not more than the above upper limit because the reinforced fiber thus opened is easily impregnated with bisphenol A type epoxy resin and bisphenol A in a well dispersed state.

工程(b)において、上記の他に任意の添加剤を含浸させてもよい。添加剤としては、例えば有機溶媒、反応促進剤、カップリング剤、顔料、消泡剤、防カビ剤、劣化防止剤等が挙げられる。これらの添加剤を加える場合、その量は添加の目的等に応じて適宜変更してよい。   In the step (b), any additive other than the above may be impregnated. Examples of the additive include an organic solvent, a reaction accelerator, a coupling agent, a pigment, an antifoaming agent, an antifungal agent, and a deterioration preventing agent. When these additives are added, the amount thereof may be appropriately changed according to the purpose of addition.

工程(b)においてビスフェノールA型エポキシ樹脂を含浸させる方法としては、開繊された強化繊維にビスフェノールA型エポキシ樹脂をそのまま用いて含浸させてもよいし、ビスフェノールA型エポキシ樹脂と有機溶媒とを含むワニスを用いて含浸させてもよい。樹脂の粘性を低くすることで強化繊維に対する透過性を高め、強化繊維間にボイドが生じることなく含浸させやすい観点から、ワニスを用いて含浸を行うことが好ましい。ワニスに含まれ得る有機溶媒としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に対する溶解性が高い有機溶媒が好ましく、DNP・NMP等の極性溶媒がより好ましく、ケトン系溶媒がさらにより好ましく、メチルエチルケトンが特に好ましい。   As a method of impregnating the bisphenol A type epoxy resin in the step (b), the opened reinforcing fiber may be impregnated using the bisphenol A type epoxy resin as it is, or a bisphenol A type epoxy resin and an organic solvent may be impregnated. You may impregnate using the varnish containing. It is preferable to impregnate using varnish from the viewpoint of increasing the permeability to the reinforcing fibers by lowering the viscosity of the resin and facilitating the impregnation without forming voids between the reinforcing fibers. The organic solvent that can be contained in the varnish is preferably an organic solvent having high solubility in the bisphenol A type epoxy resin, more preferably a polar solvent such as DNP / NMP, still more preferably a ketone solvent, and particularly preferably methyl ethyl ketone.

含浸方法は特に限定されず、吐出ダイを用いて開繊された強化繊維の上下面にビスフェノールA型エポキシ樹脂またはその溶液を塗工することにより行ってもよいし、開繊された強化繊維をビスフェノールA型エポキシ樹脂を含有する溶液に浸漬させて行ってもよい。ここで、樹脂または樹脂溶液が含浸した強化繊維は、樹脂または樹脂溶液の表面張力により幅方向に収縮しやすい。この収縮により、厚みの増大や、繊維の方向性の乱れ、割れの発生などが起こり得る。このような収縮を防止するために、工程(b)において、例えば塗工装置を用いることが好ましい。   The impregnation method is not particularly limited, and may be performed by coating bisphenol A type epoxy resin or a solution thereof on the upper and lower surfaces of the reinforcing fiber opened using the discharge die, or the opened reinforcing fiber You may immerse in the solution containing a bisphenol A type epoxy resin. Here, the reinforcing fiber impregnated with the resin or the resin solution tends to shrink in the width direction due to the surface tension of the resin or the resin solution. This shrinkage may cause an increase in thickness, disorder of fiber directionality, cracking, and the like. In order to prevent such shrinkage, it is preferable to use, for example, a coating apparatus in the step (b).

樹脂を含浸させた後、強化繊維に、ローラーによる絞りで脱液する絞り工程を施してよい。ローラーに掛ける絞り圧Pは、好ましくは0.05MPa〜0.3MPa、より好ましくは0.1MPa〜0.25MPaである。これにより、ボイド除去と樹脂量制御を行うことができる。絞り圧が上記の下限より低いと、樹脂付着量が安定せず一方向プリプレグ内部にボイドが残存するため好ましくない。また、絞り圧が上記の上限より高いと、一方向プリプレグの樹脂量を増やすことが困難となるため好ましくない。当該樹脂量は、最終的に得られる一方向プリプレグにおける強化繊維体積含有率Vfが好ましくは20〜60%、より好ましくは35〜55%になるように制御されることが好ましい。上記した範囲とすることが、本発明のプリプレグから得られる成形体の成形性の観点から好ましい。体積含有率が上記の上限以下であることが、繊維相互の交絡箇所(未含浸部)を低減しボイドレス化しやすいため好ましい。また、体積含有率が上記の下限以上であることが、成形体の強度を高めやすいため好ましい。   After impregnating the resin, the reinforcing fiber may be subjected to a squeezing step of draining with a roller. The squeezing pressure P applied to the roller is preferably 0.05 MPa to 0.3 MPa, more preferably 0.1 MPa to 0.25 MPa. Thereby, void removal and resin amount control can be performed. If the squeezing pressure is lower than the above lower limit, the resin adhesion amount is not stable and voids remain in the unidirectional prepreg, which is not preferable. Further, if the squeezing pressure is higher than the above upper limit, it is difficult to increase the resin amount of the unidirectional prepreg, which is not preferable. The amount of the resin is preferably controlled so that the reinforcing fiber volume content Vf in the finally obtained unidirectional prepreg is preferably 20 to 60%, more preferably 35 to 55%. It is preferable to set it as the above-mentioned range from a viewpoint of the moldability of the molded object obtained from the prepreg of this invention. It is preferable that the volume content is equal to or less than the above upper limit because the entangled portions (unimpregnated portions) between the fibers are reduced and it is easy to obtain a voidless structure. Moreover, since it is easy to raise the intensity | strength of a molded object, it is preferable that a volume content rate is more than said lower limit.

次いで、強化繊維に含浸させた樹脂を固化させる。固化方法は特に限定されないが、樹脂を含浸させた強化繊維を加熱して行ってよい。加熱温度は、用いる強化繊維の種類や、樹脂溶液を用いた場合には溶媒の種類や揮発温度等によって適宜変更してよいが、樹脂のガラス転移温度より100℃以上高い温度で加工することが好ましい。この固化により、式(1)で示される末端の反応基(エポキシ基)を介して樹脂が直鎖状に重合し、1000〜35000の重合平均分子量を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む一方向プリプレグが得られる。   Next, the resin impregnated in the reinforcing fibers is solidified. The solidification method is not particularly limited, and may be performed by heating the reinforcing fiber impregnated with the resin. The heating temperature may be appropriately changed depending on the type of reinforcing fiber to be used or the type of solvent or the volatilization temperature when a resin solution is used. preferable. By this solidification, the resin is linearly polymerized via a terminal reactive group (epoxy group) represented by the formula (1), and a unidirectional prepreg containing a bisphenol A type epoxy resin having a polymerization average molecular weight of 1000 to 35000. Is obtained.

本発明の一方向プリプレグを、例えば所望の大きさを有する金型にランダムに積層するように配置させ、加熱および加圧することにより、等方性を示す繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造することができる。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する際の加熱温度は、樹脂のガラス転移温度より100℃以上高いことが好ましい。これにより、樹脂の流動性が良好となり、更に加圧することで積層されたプリプレグ間に存在する隙間を埋めることが可能となる。この結果、得られる成形体のボイドを低減させやすくなる。   A fiber-reinforced thermoplastic resin sheet exhibiting isotropy can be produced by arranging the unidirectional prepreg of the present invention, for example, so as to be randomly stacked on a mold having a desired size, and heating and pressing. it can. The heating temperature for producing the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is preferably higher by 100 ° C. than the glass transition temperature of the resin. Thereby, the fluidity | liquidity of resin becomes favorable and it becomes possible to fill the clearance gap which exists between the prepreg laminated | stacked by further pressurizing. As a result, it becomes easy to reduce voids of the obtained molded body.

本発明の一方向プリプレグは、上記のように、1000〜35000の比較的低い重量平均分子量を有する式(1)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む。そのため、上記加熱温度で加熱して繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する際に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のさらなる重合が進行する。この重合は、繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる1つの一方向プリプレグ内のみでなく、隣接する一方向プリプレグ間でも行われる。その結果、繊維強化熱可塑性樹脂シート中の一方向プリプレグは互いにより強固に結合し、高い強度が達成されると考えられる。   As described above, the unidirectional prepreg of the present invention includes a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula (1) having a relatively low weight average molecular weight of 1000 to 35000. Therefore, when the fiber reinforced thermoplastic resin sheet is produced by heating at the above heating temperature, further polymerization of the bisphenol A type epoxy resin proceeds. This polymerization is performed not only within one unidirectional prepreg contained in the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet, but also between adjacent unidirectional prepregs. As a result, it is considered that the unidirectional prepregs in the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet are more firmly bonded to each other and high strength is achieved.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、上記に述べたように強度に優れると共に高い成形性を有する。これは、上記のように繊維強化熱可塑性樹脂シート製造時に樹脂が重合することに加えて、一方向プリプレグ内に強化繊維が厚み方向の強化繊維の平均含有数が10本以下となるように開繊された状態で含まれていること、および、繊維と繊維の間の樹脂が含浸されていない隙間(ボイド)の発生が限りなく抑制されていることによると考えられる。さらに、一方向プリプレグの厚み方向における該強化繊維の平均含有数が10本以下となるように開繊された強化繊維を含んでいるため、繊維強化熱可塑性樹脂シート内で局所的に一定の繊維配向が過多となることがなく、高い強度が低い変動係数で達成されると考えられる。   As described above, the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is excellent in strength and has high moldability. This is because the resin is polymerized during the production of the fiber reinforced thermoplastic resin sheet as described above, and the reinforced fibers are opened in the unidirectional prepreg so that the average content of reinforcing fibers in the thickness direction is 10 or less. It is considered that it is contained in a fibrillated state and generation of a gap (void) in which the resin between the fibers is not impregnated is suppressed as much as possible. Furthermore, since the reinforcing fibers opened so that the average content of the reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg is 10 or less are contained, the fibers are locally constant in the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet. It is considered that high strength is achieved with a low coefficient of variation without excessive orientation.

上記特徴を有する本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、優れた成形性を有する。従来既知のプリプレグには、少なからずボイドが含まれている場合が多く、このボイドはこのようなプリプレグから得た熱可塑性樹脂シートにも残存する。そのため、成形体の十分な強度を達成するためには、ボイドが除去されるように高温および/または高圧、長時間のプレス成形により、ボイドを除去する必要が生じる場合があった。また、繊維の繊維配向が過多となる部分がある場合には、繊維を介した繊維軸方向と異にする方向への応力伝達ができず、本来繊維が持つ強度を十分に活かせない場合があった。しかし、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、上記に述べたように、ボイドの発生が限りなく抑制され、繊維強化熱可塑性樹脂シート内で局所的に一定の繊維配向が過多となることがないため、従来よりも低温、低圧、短時間の条件でも十分な強度を有する成形体を製造することが可能である。   The fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention having the above characteristics has excellent moldability. Conventionally known prepregs often contain voids, and these voids remain in the thermoplastic resin sheet obtained from such prepregs. Therefore, in order to achieve sufficient strength of the molded body, it may be necessary to remove the voids by press molding at a high temperature and / or high pressure for a long time so that the voids are removed. In addition, when there is an excessive fiber orientation, the stress cannot be transmitted in a direction different from the fiber axis direction through the fiber, and the inherent strength of the fiber may not be fully utilized. It was. However, in the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention, as described above, the generation of voids is suppressed as much as possible, and there is an excessive local localized fiber orientation in the fiber reinforced thermoplastic resin sheet. Therefore, it is possible to produce a molded body having sufficient strength even under conditions of lower temperature, lower pressure, and shorter time than before.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートを用いて成形体を製造する方法としては、プレス成形が挙げられる。プレス成形は、加工装置および型等を用いて、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートに曲げ、剪断、圧縮等の変形を加え、成形体を製造する方法である。成形形態としては、例えば深絞り、フランジ、コールゲート、エッジカーリング、型打ちなどが挙げられる。プレス成形の方法としては、金型プレス法、および、大型の部材(例えば航空機用部材)を成形するために使用されるオートクレーブ法などが挙げられる。   Examples of the method for producing a molded body using the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention include press molding. Press molding is a method for producing a molded article by applying deformation such as bending, shearing, compression, etc. to the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention using a processing apparatus and a mold. Examples of the molding form include deep drawing, flange, coal gate, edge curling, stamping and the like. Examples of the press molding method include a die press method and an autoclave method used for molding a large-sized member (for example, an aircraft member).

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートに含まれる樹脂は熱可塑性樹脂であるため、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートを加熱し、該樹脂を溶融、軟化させた状態で成形型の形状に変形させ、その後冷却するスタンピング成形にも適している。   Since the resin contained in the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is a thermoplastic resin, the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is heated, and the resin is melted and softened to be deformed into the shape of the mold. It is also suitable for stamping molding that is cooled and then cooled.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは特に成形性に優れるため、従来の繊維強化プラスチックを用いる場合では成形が困難であった深絞りのプレス成形や、低圧(4MPa以下)での成形、短時間での成形が可能なスタンピング成形に使用することができる。   Since the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is particularly excellent in moldability, deep drawing press molding, which is difficult to mold when using conventional fiber reinforced plastic, molding at low pressure (4 MPa or less), and short time It can be used for stamping molding that can be molded with

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの形状は、所望される成形体の形状に応じて適宜変更してよく、特に限定されない。   The shape of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention may be appropriately changed depending on the desired shape of the molded body, and is not particularly limited.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの単位厚みあたりの前記一方向プリプレグの層数は、繊維強化熱可塑性樹脂シートから得た成形体の強度を高めやすい観点から、10〜20層/mmであることが好ましい。   The number of layers of the unidirectional prepreg per unit thickness of the fiber reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is 10 to 20 layers / mm from the viewpoint of easily increasing the strength of the molded body obtained from the fiber reinforced thermoplastic resin sheet. It is preferable.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、一方向プリプレグの強化繊維に対する樹脂の含浸性が良好であるため、平均厚み2mmを有する繊維強化熱可塑性シートにおいて、JIS−7075に従い測定し、好ましくは0〜0.4%のボイド率とすることができる。このように低いボイド率を有する繊維強化熱可塑性樹脂シートから得られる成形体は、成形性に優れ、機械的強度を高めることが可能となる。   Since the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention has good resin impregnation properties with respect to the reinforcing fibers of the unidirectional prepreg, the fiber-reinforced thermoplastic sheet having an average thickness of 2 mm is measured according to JIS-7075, preferably 0. The void ratio can be -0.4%. Thus, the molded object obtained from the fiber reinforced thermoplastic resin sheet which has a low void rate is excellent in moldability, and it becomes possible to raise mechanical strength.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートから製造した成形体の用途は何ら限定されないが、例えば、OA機器および携帯電話等に用いられる電気、電子機器部品、支柱および補強材等の建築材料、自動車用構造部品、航空機用部品等が挙げられる。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートから製造した成形体は、高い強度を少ないばらつきで有している。また、シートに限らず一方向材としての補強材等にも利用することができる。   The use of the molded body produced from the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention is not limited at all, but for example, building materials such as electrical and electronic equipment parts, struts and reinforcing materials used for OA equipment and mobile phones, and for automobiles. Examples include structural parts and aircraft parts. The molded body produced from the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet of the present invention has high strength with little variation. Moreover, it can utilize also for the reinforcing material etc. as not only a sheet | seat but a unidirectional material.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention.

図5に、実施例および比較例の一方向プリプレグを製造するために使用した製造装置の概略側面図を示す。該製造装置は、開繊された強化繊維の巻取パッケージ17、導糸ローラー19、樹脂吐出ダイ20、搬送ベルトガイドローラー21、搬送ベルト22、乾燥炉(重合炉)23、冷却装置24を有する。   In FIG. 5, the schematic side view of the manufacturing apparatus used in order to manufacture the unidirectional prepreg of an Example and a comparative example is shown. The production apparatus includes a wound reinforcing fiber winding package 17, a yarn introduction roller 19, a resin discharge die 20, a conveyance belt guide roller 21, a conveyance belt 22, a drying furnace (polymerization furnace) 23, and a cooling device 24. .

開繊された強化繊維に樹脂を含浸させる工程に関する装置をより詳細に説明するために、上記図5に示した製造装置の一部の詳細を、図6に示す。なお、図5において、開繊された強化繊維が導糸ローラー19と接する高さと、樹脂を含浸後の強化繊維が搬送ベルト22と接する高さは同じであるが、実際には実施例および比較例の一部において、図6に示されるように角度Aの傾斜となるように、高さを調整した。   FIG. 6 shows a part of the details of the manufacturing apparatus shown in FIG. 5 in order to explain in more detail the apparatus relating to the step of impregnating the opened reinforcing fibers with resin. In FIG. 5, the height at which the opened reinforcing fibers are in contact with the yarn introduction roller 19 and the height at which the reinforcing fibers after impregnation with the resin are in contact with the conveying belt 22 are the same. In a part of the examples, the height was adjusted so as to be inclined at an angle A as shown in FIG.

〔製造例1:強化繊維の開繊方法〕
強化繊維を開繊する装置は、原糸を送り出す機構、開繊された強化繊維を巻き取る機構、および炭素繊維が通るガイド、強化繊維を開繊する開繊槽、送りだし或いは巻き取り速度を制御する制御機構を備えていた。なお、原糸を送り出す機構は、トラバースを解消する装置を有していた。繊維束を巻き取り速度20m/分で通糸し、張力を0.04〜0.06g/本の条件で繊維束を解舒後に、開繊槽中の溶液に浸した状態で、繊維束に押圧をかけることにより開繊し、水分を乾燥させて、開繊された強化繊維(以下において「開繊テープ」とも称する)を得た。なお、各実施例および比較例において、所望の平均幅が得られるようにガイド幅をそれぞれ調整した。各実施例および比較例において使用した開繊された強化繊維のフィラメント数、平均幅およびその変動係数、厚み方向における強化繊維の平均含有数は各実施例に示すとおりである。開繊された強化繊維の平均幅およびその変動係数は、カメラを用いて幅を測定した。
[Production Example 1: Method for opening reinforcing fiber]
The device that opens the reinforcing fiber is a mechanism that feeds the raw yarn, a mechanism that winds the opened reinforcing fiber, and a guide through which the carbon fiber passes, a fiber opening tank that opens the reinforcing fiber, and controls the feeding or winding speed. A control mechanism was provided. Note that the mechanism for feeding the raw yarn has a device for canceling the traverse. The fiber bundle is threaded at a winding speed of 20 m / min, the fiber bundle is unwound under the condition of a tension of 0.04 to 0.06 g / piece, and then immersed in the solution in the fiber opening tank. The fiber was opened by applying pressure and dried to obtain a reinforced fiber (hereinafter also referred to as “opening tape”). In each example and comparative example, the guide width was adjusted to obtain a desired average width. The number of filaments, average width and variation coefficient thereof, and average content of reinforcing fibers in the thickness direction used in each example and comparative example are as shown in each example. The average width of the opened reinforcing fibers and the coefficient of variation thereof were measured using a camera.

〔製造例2:樹脂組成物の製造〕
ナガセケムテックス社製熱溶融エポキシ(XNR/H6850)を1000g(重量平均分子量200〜1000を有する上記式(I)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂550g、300gのビスフェノールA、および、150gのメチルエチルケトンを含む)を用意し、攪拌機を用いて均一に混合し、100〜200mPa・sの粘度を有する樹脂組成物を得た。
[Production Example 2: Production of resin composition]
1000 g of hot melt epoxy (XNR / H6850) manufactured by Nagase ChemteX Corporation (550 g of bisphenol A type epoxy resin represented by the above formula (I) having a weight average molecular weight of 200 to 1000, 300 g of bisphenol A, and 150 g of methyl ethyl ketone) Was prepared, and mixed uniformly using a stirrer to obtain a resin composition having a viscosity of 100 to 200 mPa · s.

〔実施例1〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(a)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ1」とも称する)は、16mmの平均幅、2.4%の幅長の変動係数(CV)、5.25本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ1を、所定の速度(4mm/分)で通糸し、製造例2で得た樹脂組成物を樹脂吐出ダイ(含浸ダイ)から吐出させ、テープに含浸させた。ここで、含浸工程における装置の設定の詳細は、図6に示される搬送ベルトガイドローラー21の中心と下面ダイヘッド20bとの間の距離Bを20mmとし、角度Aを1°とした。含浸後の樹脂含浸テープを搬送ベルトで受け、200℃に設定した乾燥・重合炉を1分間かけて通過させ、テープ状の一方向プリプレグ1を製造した。製造したテープの長さは200mであった。上記工程においてテープにかかる張力は300gであった。その結果、平均厚み0.071mm、平均幅15.1mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
[Example 1]
A carbon fiber yarn (a) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 1”) has an average width of 16 mm, a coefficient of variation (CV) of width of 2.4%, and 5.25 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. The opened tape 1 was passed through at a predetermined speed (4 mm / min), and the resin composition obtained in Production Example 2 was discharged from a resin discharge die (impregnation die) to impregnate the tape. Here, as for the details of the setting of the apparatus in the impregnation step, the distance B between the center of the conveying belt guide roller 21 and the lower surface die head 20b shown in FIG. 6 is 20 mm, and the angle A is 1 °. The impregnated resin-impregnated tape was received by a conveyor belt and passed through a drying / polymerization furnace set to 200 ° C. over 1 minute to produce a tape-shaped unidirectional prepreg 1. The length of the manufactured tape was 200 m. In the above process, the tension applied to the tape was 300 g. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.071 mm, an average width of 15.1 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例2〕
単糸直径7μm、フィラメント数12kの炭素繊維の原糸(b)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ2」とも称する)は、16mmの平均幅、4.7%の幅長の変動係数(CV)、5.25本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ2を用い、図6に示される距離Bを10mmとし、角度Aを2°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ2を製造した。その結果、平均厚み0.06mm、平均幅17.1mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
[Example 2]
A carbon fiber yarn (b) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 2”) has an average width of 16 mm, a coefficient of variation (CV) of 4.7% width length, and 5.25 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 2 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 10 mm, and the angle A was 2 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.06 mm, an average width of 17.1 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例3〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(c)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ3」とも称する)は、13mmの平均幅、4.4%の幅長の変動係数(CV)、6.46本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ3を用い、図6に示される距離Bを10mmとし、角度Aを2°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ3を製造した。その結果、平均厚み0.10mm、平均幅14.1mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
Example 3
A carbon fiber yarn (c) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 3”) has an average width of 13 mm, a coefficient of variation (CV) of 4.4% width length, and 6.46 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 3 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 10 mm, and the angle A was 2 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.10 mm, an average width of 14.1 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例4〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(d)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ4」とも称する)は、13mmの平均幅、4.1%の幅長の変動係数(CV)、6.46本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ4を用い、図6に示される距離Bを20mmとし、角度Aを1°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ4を製造した。その結果、平均厚み0.10mm、平均幅13.2mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
Example 4
A carbon fiber yarn (d) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 4”) has an average width of 13 mm, a coefficient of variation (CV) of 4.1% width length, and 6.46 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 4 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 20 mm, and the angle A was 1 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.10 mm, an average width of 13.2 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例5〕
単糸直径7μm、フィランメント数60kの炭素繊維の原糸(e)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ5」とも称する)は、80mmの平均幅、3.8%の幅長の変動係数(CV)、5.25本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ5を用い、テープにかかる張力を1000gとし、図6に示される距離Bを20mmとし、角度Aを1°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ5を製造した。その結果、平均厚み0.072mm、平均幅78mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
Example 5
A carbon fiber yarn (e) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 60 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 5”) has an average width of 80 mm, a coefficient of variation (CV) of width length of 3.8%, and 5.25 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg was used in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 5 was used, the tension applied to the tape was 1000 g, the distance B shown in FIG. 6 was 20 mm, and the angle A was 1 °. 5 was produced. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.072 mm, an average width of 78 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例6〕
単糸直径7μm、フィランメント数15kの炭素繊維の原糸(f)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ6」とも称する)は、17mmの平均幅、1.6%の幅長の変動係数(CV)、6.2本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ6を用い、図6に示される距離Bを20mmとし、角度Aを1°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ6を製造した。その結果、平均厚み0.075mm、平均幅15mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
Example 6
A carbon fiber yarn (f) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 15 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 6”) has an average width of 17 mm, a coefficient of variation (CV) of 1.6% width length, and 6.2 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 6 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 6 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 20 mm, and the angle A was 1 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.075 mm, an average width of 15 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔実施例7〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(g)を、製造例1の方法に従い開繊した。なお、開繊工程において、拘束剤として変性ポリオレフィン樹脂を炭素繊維の重量に対して0.4%の量で付着させた。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ7」とも称する)は、17mmの平均幅、1.6%の幅長の変動係数(CV)、6.2本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ7を用い、図6に示される距離Bを20mmとし、角度Aを1°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ7を製造した。その結果、平均厚み0.095mm、平均幅13mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、両面の樹脂付着性が良好であった。
Example 7
A carbon fiber yarn (g) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. In the fiber opening step, a modified polyolefin resin was adhered as a restraining agent in an amount of 0.4% with respect to the weight of the carbon fiber. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 7”) has an average width of 17 mm, a coefficient of variation (CV) of 1.6% width length, and 6.2 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 7 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 20 mm, and the angle A was 1 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.095 mm, an average width of 13 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg had good resin adhesion on both sides.

〔比較例1〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(h)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ8」とも称する)は、16mmの平均幅、6.4%の幅長の変動係数(CV)、5.25本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ8を用い、図6に示される距離Bを70mmとし、角度Aを10°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ8を製造した。一方向プリプレグ8を製造時、強化繊維の幅方向への収縮が見られた。その結果、平均厚み0.17mm、平均幅7.1mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、幅が収縮した。
[Comparative Example 1]
A carbon fiber yarn (h) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 8”) has an average width of 16 mm, a coefficient of variation (CV) of a width length of 6.4%, and 5.25 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 8 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 8 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 70 mm, and the angle A was 10 °. When the unidirectional prepreg 8 was manufactured, shrinkage in the width direction of the reinforcing fibers was observed. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.17 mm, an average width of 7.1 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg contracted in width.

〔比較例2〕
単糸直径7μm、フィランメント数12kの炭素繊維の原糸(i)を、製造例1の方法に従い開繊した。開繊された炭素繊維(以下、「開繊テープ9」とも称する)は、16mmの平均幅、7.2%の幅長の変動係数(CV)、5.25本の厚み方向における強化繊維の平均含有数を有していた。開繊テープ9を用い、図6に示される距離Bを100mmとし、角度Aを0°としたこと以外は実施例1と同様にして、テープ状の一方向プリプレグ9を製造した。その結果、平均厚み0.3mm、平均幅5mm、繊維体積含有量(Vf)40%(付着量精度±2%)のプリプレグを得た。得られたプリプレグは、幅が収縮し、棒状になった。
[Comparative Example 2]
A carbon fiber yarn (i) having a single yarn diameter of 7 μm and a filament number of 12 k was opened according to the method of Production Example 1. The opened carbon fiber (hereinafter also referred to as “opening tape 9”) has an average width of 16 mm, a coefficient of variation (CV) of 7.2% in width length, and 5.25 reinforcing fibers in the thickness direction. It had an average content. A tape-shaped unidirectional prepreg 9 was produced in the same manner as in Example 1 except that the spread tape 9 was used, the distance B shown in FIG. 6 was 100 mm, and the angle A was 0 °. As a result, a prepreg having an average thickness of 0.3 mm, an average width of 5 mm, and a fiber volume content (Vf) of 40% (adhesion amount accuracy of ± 2%) was obtained. The obtained prepreg contracted in width and became rod-shaped.

上記のようにして得た一方向プリプレグ1〜9について、下記の測定方法に従い、一方向プリプレグの厚み方向における強化繊維の平均含有数、幅方向における前記強化繊維の平均含有密度、平均厚み、平均幅、繊維体積含有率を測定した。また、樹脂の付着性を下記の評価方法に従い評価した。得られた結果を表1に示す。さらに、得られた一方向プリプレグ1〜9に含まれる上記式(I)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂の重量平均分子量をゲル浸透クロマトグラフィーを用いて測定したところ、いずれも1000〜35000であった。   About the unidirectional prepregs 1 to 9 obtained as described above, according to the following measurement method, the average content of reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg, the average content density of the reinforcing fibers in the width direction, the average thickness, and the average The width and fiber volume content were measured. Moreover, the adhesiveness of the resin was evaluated according to the following evaluation method. The obtained results are shown in Table 1. Furthermore, when the weight average molecular weight of the bisphenol A type epoxy resin represented by the above formula (I) contained in the obtained unidirectional prepregs 1 to 9 was measured using gel permeation chromatography, all were 1000 to 35000. there were.

一方向プリプレグの厚み方向における強化繊維の含有数は、得られたプリプレグを厚み方向に切断し、その断面を電子顕微鏡を用いて100〜1000倍に拡大して観察し、得られた画像において厚み方向に存在する繊維の本数を数えることにより測定した。上記測定を5箇所について行い、その平均値を厚み方向における強化繊維の平均含有数とした。   The content of the reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg is obtained by cutting the obtained prepreg in the thickness direction, observing the cross-section at 100 to 1000 times using an electron microscope, and obtaining the thickness in the obtained image. It was measured by counting the number of fibers present in the direction. The said measurement was performed about five places and the average value was made into the average content number of the reinforced fiber in the thickness direction.

一方向プリプレグの幅方向における強化繊維の平均含有密度は、上記のようにして測定した厚み方向における強化繊維の平均含有数と、各実施例および比較例で使用した炭素繊維の単糸直径から、上記式(2)に従い算出した。   The average content density of reinforcing fibers in the width direction of the unidirectional prepreg is based on the average content of reinforcing fibers in the thickness direction measured as described above and the single yarn diameter of the carbon fibers used in each of the examples and comparative examples. Calculation was performed according to the above equation (2).

平均厚みは、一方向プリプレグの厚みを厚み計を用いて1m毎において測定し、その平均値を算出して得た。   The average thickness was obtained by measuring the thickness of the unidirectional prepreg every 1 m using a thickness meter and calculating the average value.

平均幅は、一方向プリプレグの幅をカメラを用いて繊維方向に対して少なくとも50cm毎において測定し、その平均値を算出して得た。   The average width was obtained by measuring the width of the unidirectional prepreg at least every 50 cm with respect to the fiber direction using a camera, and calculating the average value.

繊維体積含有量を、1mあたりのプリプレグの重量から測定したところ、繊維体積含有量は、いずれの実施例および比較例においても40%であった。また、付着量精度はいずれの実施例および比較例においても±2%であった。   When the fiber volume content was measured from the weight of the prepreg per 1 m, the fiber volume content was 40% in all Examples and Comparative Examples. Further, the adhesion amount accuracy was ± 2% in all Examples and Comparative Examples.

樹脂付着性は、得られた一方向プリプレグの両面について、繊維が剥き出しになった部分(擦れ)の有無を次の基準に従い評価した。
樹脂付着性の評価基準
A:繊維が剥き出しになった部分が全くない
B:繊維が剥き出しになった部分がほぼない
C:繊維が剥き出しになった部分がやや多い
D:繊維が剥き出しになった部分が非常に多い
The resin adhesion was evaluated on both sides of the obtained unidirectional prepreg for the presence or absence of exposed portions (rubbing) of fibers according to the following criteria.
Evaluation standard of resin adhesion A: No part where the fiber is exposed B: Almost no part where the fiber is exposed C: Some parts where the fiber is exposed D: The fiber is exposed There are many parts

Figure 0006176691
Figure 0006176691

〔実施例8〕
実施例1で得たテープを、繊維方向の長さが20mmとなるようにカットした。このようにして得た一方向プリプレグを、300mm角の金型内に繊維方向がばらばらになるように散布した後、金型を、加圧せずに150℃で10分間加熱し、一方向プリプレグに含まれる樹脂を重合させた。その後、150℃を維持しながら、4MPaで20分間加圧し、その後80℃以下まで降温させて脱型した。このようにして、2mmの平均厚みを有する、300mm角の一方向プリプレグのランダム積層体1(非連続繊維等方性シート)を製造した。
Example 8
The tape obtained in Example 1 was cut so that the length in the fiber direction was 20 mm. After the unidirectional prepreg thus obtained was dispersed in a 300 mm square mold so that the fiber directions were dispersed, the mold was heated at 150 ° C. for 10 minutes without applying pressure, and the unidirectional prepreg was The resin contained in was polymerized. Thereafter, the pressure was increased at 4 MPa for 20 minutes while maintaining 150 ° C., and then the temperature was lowered to 80 ° C. or lower to remove the mold. In this way, a 300 mm square unidirectional prepreg random laminate 1 (non-continuous fiber isotropic sheet) having an average thickness of 2 mm was produced.

〔実施例9〕
実施例3で得たテープを用いたこと以外は実施例8と同様にして、一方向プリプレグのランダム積層体3を製造した。
Example 9
A random laminate 3 of a unidirectional prepreg was produced in the same manner as in Example 8 except that the tape obtained in Example 3 was used.

〔実施例10〕
実施例6で得たテープを用いたこと以外は実施例8と同様にして、一方向プリプレグのランダム積層体3を製造した。
Example 10
A random laminate 3 of unidirectional prepreg was produced in the same manner as in Example 8 except that the tape obtained in Example 6 was used.

〔実施例11〕
実施例7で得たテープを用いたこと以外は実施例8と同様にして、一方向プリプレグのランダム積層体4を製造した。
Example 11
A random laminate 4 of unidirectional prepreg was produced in the same manner as in Example 8 except that the tape obtained in Example 7 was used.

〔比較例3〕
比較例1で得たテープを用いたこと以外は実施例8と同様にして、一方向プリプレグのランダム積層体5を製造した
[Comparative Example 3]
A random laminate 5 of a unidirectional prepreg was produced in the same manner as in Example 8 except that the tape obtained in Comparative Example 1 was used.

〔比較例4〕
比較例2で得たテープを用いたこと以外は実施例8と同様にして、一方向プリプレグのランダム積層体6を製造した
[Comparative Example 4]
A random laminate 6 of unidirectional prepreg was produced in the same manner as in Example 8 except that the tape obtained in Comparative Example 2 was used.

上記のようにして得たランダム積層体1〜6について、下記の測定方法に従い、平均曲げ強度および平均曲げ弾性率を測定した。得られた結果を表2に示す。また、断面性状を下記の評価方法に従い評価した。得られた結果を表2に示す。   About the random laminated bodies 1-6 obtained as mentioned above, according to the following measuring method, average bending strength and average bending elastic modulus were measured. The obtained results are shown in Table 2. Moreover, the cross-sectional properties were evaluated according to the following evaluation methods. The obtained results are shown in Table 2.

平均曲げ強度および平均曲げ弾性率の測定は、ASTM D790に従い、島津製作所製万能試験機(100kNテンシロン)を用いて行った。測定試料としては、各実施例および比較例で得たランダム積層体を、縦80mm、横35mm、厚み2mmに切り出した試験片を多数作成し、そこから10本を抜き出して使用した。10回の測定で得た結果から、平均値およびCVを算出した。   The average bending strength and the average bending elastic modulus were measured using a universal testing machine (100 kN Tensilon) manufactured by Shimadzu Corporation according to ASTM D790. As a measurement sample, a large number of test pieces were produced by cutting out the random laminates obtained in each Example and Comparative Example into a length of 80 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 2 mm, and 10 pieces were extracted therefrom and used. The average value and CV were calculated from the results obtained by 10 measurements.

断面性状は、得られたランダム積層体を厚み方向に切断した断面を、電子顕微鏡により観察し、樹脂の偏りの有無を次の基準に従い評価した。
樹脂付着性の評価基準
A:樹脂の偏りが全くない
B:樹脂の偏りがほぼない
C:樹脂の偏りがやや多い
D:樹脂の偏りが非常に多い
For the cross-sectional properties, a cross section obtained by cutting the obtained random laminate in the thickness direction was observed with an electron microscope, and the presence or absence of unevenness of the resin was evaluated according to the following criteria.
Evaluation criteria for resin adhesion A: no resin bias B: almost no resin bias C: slightly resin bias D: very much resin bias

Figure 0006176691
Figure 0006176691

1 マトリックス樹脂
2 強化繊維
3 ボイド
4 原糸
5 原糸ボビンホルダー
6 送出張力発生モーター
7 糸道ガイド
7a 直前の糸道ガイド
7b 直後の糸道ガイド
8 トラバースガイド
9 開繊前の強化繊維
10 幅ガイド
11 開繊槽
12 開繊溶液
13a〜13h 開繊ガイド
14 乾燥ローラー
15 駆動ローラー
16 巻取部
17 開繊された強化繊維の巻取りパッケージ
18 開繊された強化繊維
19 導糸ローラー
20 樹脂吐出ダイ
20a 上面ダイヘッド
20b 下面ダイヘッド
21 搬送ベルトガイドローラー
22 搬送ベルト
23 乾燥炉
24 冷却装置
25 一方向プリプレグテープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Matrix resin 2 Reinforcing fiber 3 Void 4 Original yarn 5 Original yarn bobbin holder 6 Sending tension generating motor 7 Yarn path guide 7a Yarn path guide just before 7b Yarn path guide just after 8 Traverse guide 9 Reinforcing fiber before opening 10 Width guide DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Opening tank 12 Opening solution 13a-13h Opening guide 14 Drying roller 15 Driving roller 16 Winding part 17 Winding package of the opened reinforcing fiber 18 Opened reinforcing fiber 19 Leading roller 20 Resin discharge die 20a Upper die head 20b Lower die head 21 Conveying belt guide roller 22 Conveying belt 23 Drying furnace 24 Cooling device 25 Unidirectional prepreg tape

Claims (8)

開繊された強化繊維、および、式(1):
Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールB、ビスフェノールEおよびビスフェノールPからなる群から選択される化合物との重合物を含む、テープ状の一方向プリプレグであって、該一方向プリプレグの厚み方向における該強化繊維の平均含有数は10本以下である、一方向プリプレグ。
Opened reinforcing fiber and formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
A tape-shaped unidirectional prepreg comprising a polymer of a bisphenol A type epoxy resin represented by the following formula and a compound selected from the group consisting of bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, bisphenol B, bisphenol E and bisphenol P there, the average content number of the reinforcing fibers in the thickness direction of the unidirectional prepreg is less than ten, unidirectional prepreg.
前記一方向プリプレグの幅方向における前記強化繊維の平均含有密度は150〜2000本/mmである、ここで、該平均含有密度は次の式(2):
Figure 0006176691
より算出される、請求項1に記載の一方向プリプレグ。
The average content density of the reinforcing fibers in the width direction of the unidirectional prepreg is 150 to 2000 fibers / mm, where the average content density is the following formula (2):
Figure 0006176691
The unidirectional prepreg according to claim 1 , which is calculated by:
前記重合物は、前記式(1)で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールAとの重合物である、請求項1または2に記載の一方向プリプレグ。The unidirectional prepreg according to claim 1 or 2, wherein the polymer is a polymer of a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula (1) and bisphenol A. 強化繊維は炭素繊維である、請求項1〜のいずれかに記載の一方向プリプレグ。 The unidirectional prepreg according to any one of claims 1 to 3 , wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber. 前記一方向プリプレグの幅長の変動係数は5%以下である、請求項1〜のいずれかに記載の一方向プリプレグ。 The unidirectional prepreg according to any one of claims 1 to 4 , wherein a variation coefficient of the width length of the unidirectional prepreg is 5% or less. 請求項1〜のいずれかに記載の一方向プリプレグのランダム積層体である、繊維強化熱可塑性樹脂シート。 A fiber-reinforced thermoplastic resin sheet, which is a random laminate of the unidirectional prepreg according to any one of claims 1 to 5 . 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートの単位厚みあたりの前記一方向プリプレグの層数は10〜20層/mmである、請求項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。 The fiber-reinforced thermoplastic resin sheet according to claim 6 , wherein the number of layers of the unidirectional prepreg per unit thickness of the fiber-reinforced thermoplastic resin sheet is 10 to 20 layers / mm. (a)強化繊維を、厚み方向における平均含有数が10本以下になるまで開繊する工程
(b)開繊された強化繊維に、式(1):
Figure 0006176691
[式中、nは1〜4の整数を表す]
で表されるビスフェノールA型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールB、ビスフェノールEおよびビスフェノールPからなる群から選択される化合物を含浸させる工程、ならびに、
樹脂を含浸させた強化繊維を加熱して、強化繊維に含浸させた樹脂を固化させる工程
を少なくとも含む、一方向プリプレグの製造方法であって、該一方向プリプレグの厚み方向における強化繊維の平均含有数は10本以下である、製造方法
(A) a step of opening the reinforcing fiber until the average content in the thickness direction is 10 or less ,
(B) Formula (1):
Figure 0006176691
[Wherein n represents an integer of 1 to 4]
Impregnating a bisphenol A type epoxy resin represented by the formula: and a compound selected from the group consisting of bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, bisphenol B, bisphenol E and bisphenol P ; and
Heating the reinforcing fiber impregnated with resin to solidify the resin impregnated in the reinforcing fiber, the method for producing a unidirectional prepreg, comprising reinforcing the unidirectional prepreg in the thickness direction The manufacturing method whose average content of a fiber is 10 or less .
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