JP6213225B2 - Prepreg and fiber reinforced composites - Google Patents
Prepreg and fiber reinforced composites Download PDFInfo
- Publication number
- JP6213225B2 JP6213225B2 JP2013266512A JP2013266512A JP6213225B2 JP 6213225 B2 JP6213225 B2 JP 6213225B2 JP 2013266512 A JP2013266512 A JP 2013266512A JP 2013266512 A JP2013266512 A JP 2013266512A JP 6213225 B2 JP6213225 B2 JP 6213225B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- prepreg
- fiber
- resin
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
本発明は、優れた導電性と耐衝撃性を兼ね備えた繊維強化複合材料を得るために用いるプリプレグ、ならびに該プリプレグを用いた繊維強化複合材料に関するものである。 The present invention relates to a prepreg used for obtaining a fiber-reinforced composite material having both excellent conductivity and impact resistance, and a fiber-reinforced composite material using the prepreg.
従来、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度や剛性などの力学特性や耐熱性、また耐食性に優れているため、航空・宇宙、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築およびスポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。特に、高性能が要求される用途では、連続した強化繊維を用いた繊維強化複合材料が用いられ、強化繊維としては比強度、比弾性率に優れた炭素繊維が、そしてマトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂、中でも特に炭素繊維との接着性に優れたエポキシ樹脂が多く用いられている。 Conventionally, fiber-reinforced composite materials made of carbon fiber, glass fiber, and other reinforcing fibers and epoxy resins, phenol resins, and other thermosetting resins are lightweight, yet have mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance. It has been applied to many fields such as aviation / space, automobiles, rail cars, ships, civil engineering and sports equipment. Especially in applications where high performance is required, fiber reinforced composite materials using continuous reinforcing fibers are used, carbon fibers with excellent specific strength and specific elastic modulus are used as reinforcing fibers, and thermosetting is used as a matrix resin. Of these, many epoxy resins are used that are particularly excellent in adhesion to carbon fibers.
しかしながら、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の硬化物は熱可塑性樹脂にくらべて破壊靭性が一般的に低い。それにより繊維強化複合材料の耐衝撃性が低下する問題が生じる。特に航空機用構造部材の場合、組立中の工具落下や運用中の雹の衝撃等に対して優れた耐衝撃性が要求されるため、耐衝撃性の向上は大きな課題であった。 However, a cured product of a thermosetting resin such as an epoxy resin generally has a lower fracture toughness than a thermoplastic resin. This causes a problem that the impact resistance of the fiber reinforced composite material is lowered. In particular, in the case of aircraft structural members, improvement in impact resistance has been a major issue because excellent impact resistance is required against tool dropping during assembly and impact of a kite during operation.
繊維強化複合材料は一般に層構造をとっており、これに衝撃が加わると層間に高い応力がかかり、クラックが発生する。クラック発生を抑制するにはエポキシ樹脂の塑性変形能力を高めることが有効であり、その手段としては塑性変形能力に優れている熱可塑性樹脂を配合することである。 The fiber reinforced composite material generally has a layer structure. When an impact is applied to the fiber reinforced composite material, a high stress is applied between the layers, and a crack is generated. In order to suppress the occurrence of cracks, it is effective to increase the plastic deformation ability of the epoxy resin, and as a means therefor, a thermoplastic resin having an excellent plastic deformation ability is blended.
熱可塑性樹脂を配合する方法は、過去に様々な検討がなされてきた。例えば、特許文献1および2に記載があるように、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を溶解させて高靭性化した高靭性熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂として用いる方法がある。 Various methods have been studied in the past for blending thermoplastic resins. For example, as described in Patent Documents 1 and 2, there is a method of using, as a matrix resin, a high toughness thermosetting resin obtained by dissolving a thermoplastic resin in a thermosetting resin to increase the toughness.
また、耐衝撃性向上のための他の手段として、特許文献3または4に記載があるように、クラックの入りやすい層間に熱可塑性樹脂を存在させる手法が知られている。 Further, as another means for improving impact resistance, as described in Patent Document 3 or 4, there is known a technique in which a thermoplastic resin is present between layers where cracks easily occur.
ところが、このような技術は、繊維強化複合材料に高度な耐衝撃性を与える一方で、層間に絶縁層となる樹脂層を生じることになる。そのため、繊維強化複合材料の特徴の一つである導電性のうち、厚み方向の導電性が著しく低下するという欠点がある。 However, such a technique gives a high impact resistance to the fiber reinforced composite material, while generating a resin layer serving as an insulating layer between the layers. Therefore, among the electrical conductivity that is one of the characteristics of the fiber-reinforced composite material, there is a drawback that the electrical conductivity in the thickness direction is significantly reduced.
繊維強化複合材料の厚み方向の導電性を高める方法としては、例えば、特許文献5または6に記載があるように、マトリックス樹脂に金属粒子や、カーボン粒子を配合する方法が考えられるが、これらの文献においては、高度な耐衝撃性と導電性との両立についてなんら触れられておらず、繊維強化複合材料において優れた耐衝撃性と導電性を両立することは困難であった。 As a method for increasing the electrical conductivity in the thickness direction of the fiber reinforced composite material, for example, as described in Patent Document 5 or 6, a method of blending metal particles or carbon particles into a matrix resin is considered. The literature does not mention any compatibility between high impact resistance and electrical conductivity, and it has been difficult to achieve both excellent impact resistance and electrical conductivity in fiber reinforced composite materials.
近年では、繊維強化複合材料にて優れた耐衝撃性と導電性の両立を目指すべく、鋭意検討がなされている。例えば、特許文献7または8に記載があるように、繊維強化複合材料の層間部分に耐衝撃性を向上する強化材と導電性を向上する導電性粒子を配置する方法等が挙げられる。 In recent years, intensive studies have been made to achieve both excellent impact resistance and electrical conductivity in fiber reinforced composite materials. For example, as described in Patent Document 7 or 8, there is a method of arranging a reinforcing material that improves impact resistance and conductive particles that improve conductivity in an interlayer portion of a fiber reinforced composite material.
しかしながらこれらの手法による導電性の向上効果は十分とまではいえず、更なる向上が必要とされている。そこで導電性の向上を目的として、上記導電性粒子に加えてマトリックス樹脂中にカーボンブラックなどの導電性フィラーを混合することがある。しかし、マトリックス樹脂中での導電性フィラーの分散が不均一であると、炭素繊維強化複合材料の耐衝撃性や引張強度が低下する。優れた耐衝撃性と導電性を両立するためには、マトリックス樹脂中で導電性フィラーが均一に分散した炭素繊維複合材料が求められる。また、繊維強化複合材料は適用する用途または部位により、目的に応じた炭素繊維の目付と繊維体積含有率などを適宜調整する必要が生じる。そのような場合、耐衝撃性強化材や導電性粒子の大きさを調整しないと目的とする導電性が得られなかったり、適用部材に必要とされる繊維体積含有率から外れ、物性が低下したり、部材質量が増加したりする可能性がある。 However, the effect of improving the conductivity by these methods is not sufficient, and further improvement is required. Therefore, in order to improve conductivity, a conductive filler such as carbon black may be mixed in the matrix resin in addition to the conductive particles. However, if the dispersion of the conductive filler in the matrix resin is not uniform, the impact resistance and tensile strength of the carbon fiber reinforced composite material are lowered. In order to achieve both excellent impact resistance and conductivity, a carbon fiber composite material in which a conductive filler is uniformly dispersed in a matrix resin is required. Moreover, the fiber reinforced composite material needs to appropriately adjust the basis weight of the carbon fiber and the fiber volume content according to the purpose depending on the application or part to which the fiber reinforced composite material is applied. In such a case, if the size of the impact resistance reinforcing material or conductive particles is not adjusted, the desired conductivity cannot be obtained, or the fiber volume content required for the applied member is not satisfied, resulting in a decrease in physical properties. Or the mass of the member may increase.
以上のように、目的に応じて炭素繊維目付などを変更したとしても、優れた耐衝撃性と導電性を両立する繊維強化複合材料を得る必要がある。 As described above, it is necessary to obtain a fiber-reinforced composite material that achieves both excellent impact resistance and conductivity even if the carbon fiber basis weight is changed according to the purpose.
本発明の目的は、適用する部材により炭素繊維の目付が変わっても、優れた厚み方向の導電性と耐衝撃性を兼ね備えた繊維強化複合材料を得ることができるプリプレグを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a prepreg capable of obtaining a fiber-reinforced composite material having both excellent electrical conductivity and impact resistance in the thickness direction even if the basis weight of the carbon fiber changes depending on the member to be applied.
本発明は、かかる課題を解決するために次のような手段を採用するものである。すなわち、次の構成要素[A]〜[G]を含むプリプレグであって、該プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み13%に相当する範囲は構成要素[B]〜[G]で構成され、構成要素[E]および[F]それぞれの85質量%以上が、該プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚みの15%に相当する範囲に存在しており、かつ、構成要素[B]〜[D]および[G]が下記条件(I)を満たすプリプレグである。
[A]:炭素繊維
[B]:1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂
[C]:芳香族アミン化合物
[D]:ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂
[E]:1次粒子の数平均粒径が5〜50μmである、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子
[F]:1次粒子の数平均粒径が次式(1)の範囲である導電性粒子
[(F×0.12)−3]≦Psize≦[(F×0.12)+3]・・・・・・・・・・式(1)
Psize:構成要素[F]である導電性粒子の1次粒子の数平均粒径(μm)
F:プリプレグ中の構成要素[A]の目付(g/m2)
[G]:1次粒子の数平均粒径が10〜50nmであり、構成要素[B]中において、1次粒子が複数個結合したストラクチャーの大きさが100〜500nmであるカーボンブラック
条件(I):構成要素[B]中のエポキシ基数と構成要素[C]中の活性水素数の比が1:l(0.7≦l≦1.3)の配合量である構成要素[C]、構成要素[B]100質量部に対してm質量部(5≦m≦40)の配合量の構成要素[D]、および構成要素[B]100質量部に対してn質量部(1≦n≦5)の配合量の構成要素[G]を含む、構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなる樹脂組成物の70℃の温度における粘度が10〜500Pa・sとなる、l、m、nが存在すること。
The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, a prepreg including the following constituent elements [A] to [G], a range corresponding to an average thickness of 13% of the prepreg from the surface of the prepreg is configured by the constituent elements [B] to [G]. 85% by mass or more of each of the constituent elements [E] and [F] is present in a range corresponding to 15% of the average thickness of the prepreg from the surface of the prepreg, and the constituent elements [B] to [D ] And [G] are prepregs satisfying the following condition (I).
[A]: Carbon fiber [B]: Epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule [C]: Aromatic amine compound [D]: Thermoplastic resin composed of a polyaryl ether skeleton [E] Particles having a number average particle size of primary particles of 5 to 50 μm and having thermoplastic resin as a main component [F]: Conductive particles having a number average particle size of primary particles in the range of the following formula (1) [(F × 0.12) −3] ≦ P size ≦ [(F × 0.12) +3] (1)
P size : number average particle size (μm) of primary particles of conductive particles as constituent element [F]
F: Weight of component [A] in prepreg (g / m 2 )
[G]: Carbon black in which the number average particle diameter of primary particles is 10 to 50 nm, and the size of the structure in which a plurality of primary particles are combined in the constituent element [B] is 100 to 500 nm. ): Component [C] in which the ratio of the number of epoxy groups in component [B] to the number of active hydrogens in component [C] is 1: 1 (0.7 ≦ l ≦ 1.3), Component [D] with a blending amount of m parts by mass (5 ≦ m ≦ 40) with respect to 100 parts by mass of component [B], and n parts by mass (1 ≦ n with respect to 100 parts by mass of component [B] The viscosity at a temperature of 70 ° C. of the resin composition composed of the constituent elements [B], [C], [D] and [G] including the constituent element [G] having a blending amount of ≦ 5) is 10 to 500 Pa · s. L, m, and n exist.
本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、構成要素[G]を、構成要素[B]100質量部に対して1〜5質量部含むものであり、別の好ましい態様は、構成要素[F]がカーボン粒子であること、構成要素[B]100質量部に対して0.5〜10質量部含むこと、構成要素[E]の熱可塑性樹脂を主成分とする粒子が、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の配合比率が95:5〜70:30質量%の範囲にある粒子であること、構成要素[E]を構成する熱可塑性樹脂がポリアミドであること、また、構成要素[A]の繊維体積含有率(Vf)が50〜65体積%であることである。 According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the component [G] is contained in an amount of 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component [B], and another preferred embodiment is the component [F]. Are carbon particles, 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component [B], and particles mainly composed of the thermoplastic resin of the component [E] The particles are in the range of 95: 5 to 70: 30% by mass of the curable resin, the thermoplastic resin constituting the constituent element [E] is a polyamide, and the constituent element [A] The fiber volume content (Vf) is 50 to 65% by volume.
本発明のプリプレグの好ましい製造方法は、構成要素[B]の一部と構成要素[G]を予備混練して構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチを作製し、該マスターバッチを構成要素[B]の残りおよび構成要素[C]〜[F]と混合した後に、構成要素[A]に含浸することであり、別の好ましい製造方法は、該マスターバッチの配合比が、構成要素[B]100質量部に対し構成要素[G]が5〜50質量部であること、該マスターバッチ中において、構成要素[G]の1次粒子が複数個結合したストラクチャーの大きさが100〜500nmであること、該マスターバッチの表面抵抗率が1×106Ω以下であることである。 In a preferred method for producing the prepreg of the present invention, a part of the component [B] and the component [G] are pre-kneaded to prepare a master batch comprising the component [B] and the component [G]. The master batch is mixed with the rest of the component [B] and the components [C] to [F] and then impregnated into the component [A]. Another preferred production method is The compounding ratio is 5 to 50 parts by mass of the component [G] with respect to 100 parts by mass of the component [B], and a structure in which a plurality of primary particles of the component [G] are bonded in the master batch. The surface resistivity of the master batch is 1 × 10 6 Ω or less.
本発明の繊維強化複合材料は、本発明のプリプレグを加熱硬化させて得られるものであり、好ましい態様によれば、繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗が10Ωcm以下であり、さらに好ましい態様は、衝撃後圧縮強度(CAI)が280MPa以上である。 The fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by heat-curing the prepreg of the present invention. According to a preferred embodiment, the volume resistivity in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material is 10 Ωcm or less, and a more preferred embodiment Has a post-impact compressive strength (CAI) of 280 MPa or more.
本発明のプリプレグを積層し、硬化することにより、優れた厚み方向の導電性と耐衝撃性を兼ね備えた繊維強化複合材料を提供することが可能になった。本発明のプリプレグは、種々の炭素繊維目付に対しても優れた厚み方向の導電性と耐衝撃性を兼ね備えているため、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体などのコンピュータ用途等に広く展開でき、適用製品の性能を大きく向上することが可能である。 By laminating and curing the prepreg of the present invention, it has become possible to provide a fiber reinforced composite material having both excellent conductivity in the thickness direction and impact resistance. The prepreg of the present invention has excellent electrical conductivity and impact resistance in the thickness direction even with respect to various carbon fiber basis weights, so that it can be used for aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, IC trays and laptop computers. It can be widely deployed in computer applications such as housings, and the performance of applicable products can be greatly improved.
本発明のプリプレグは、下記構成要素[A]〜[G]を含むものである。
[A]:炭素繊維
[B]:1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂
[C]:芳香族アミン化合物
[D]:ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂
[E]:1次粒子の数平均粒径が5〜50μmである、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子
[F]:1次粒子の数平均粒径が次式(1)の範囲である導電性粒子
[(F×0.12)−3]≦Psize≦[(F×0.12)+3]・・・・・・・・・・式(1)
Psize:構成要素[F]である導電性粒子の1次粒子の数平均粒径(μm)
F:プリプレグ中の構成要素[A]の目付(g/m2)
[G]:1次粒子の数平均粒径が10〜50nmであり、構成要素[B]中において、1次粒子が複数個結合したストラクチャーの大きさが100〜500nmであるカーボンブラック。
The prepreg of the present invention includes the following components [A] to [G].
[A]: Carbon fiber [B]: Epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule [C]: Aromatic amine compound [D]: Thermoplastic resin composed of a polyaryl ether skeleton [E] Particles having a number average particle size of primary particles of 5 to 50 μm and having thermoplastic resin as a main component [F]: Conductive particles having a number average particle size of primary particles in the range of the following formula (1) [(F × 0.12) −3] ≦ P size ≦ [(F × 0.12) +3] (1)
P size : number average particle size (μm) of primary particles of conductive particles as constituent element [F]
F: Weight of component [A] in prepreg (g / m 2 )
[G] Carbon black in which the number average particle diameter of primary particles is 10 to 50 nm, and the size of a structure in which a plurality of primary particles are combined in the constituent element [B] is 100 to 500 nm.
本発明の構成要素[A]である炭素繊維は比強度、比弾性率に優れ、かつ、高い導電性を有していることから、優れた力学物性と高導電性が求められる用途に好ましく用いられる。 The carbon fiber which is the constituent element [A] of the present invention is excellent in specific strength and specific elastic modulus, and has high conductivity, so that it is preferably used for applications requiring excellent mechanical properties and high conductivity. It is done.
炭素繊維としては、具体的にはアクリル系、ピッチ系およびレーヨン系等の炭素繊維が挙げられ、特に引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましく用いられる。 Specific examples of the carbon fiber include acrylic, pitch, and rayon carbon fibers, and acrylic carbon fibers having a particularly high tensile strength are preferably used.
かかるアクリル系の炭素繊維は、例えば、次に述べる工程を経て製造することができる。アクリロニトリルを主成分とするモノマーから得られるポリアクリロニトリルを含む紡糸原液を、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、または溶融紡糸法により紡糸する。紡糸後の凝固糸は、製糸工程を経て、プリカーサーとし、続いて耐炎化および炭化などの工程を経て炭素繊維を得ることができる。 Such an acrylic carbon fiber can be produced, for example, through the following steps. A spinning dope containing polyacrylonitrile obtained from a monomer containing acrylonitrile as a main component is spun by a wet spinning method, a dry wet spinning method, a dry spinning method, or a melt spinning method. The spun coagulated yarn can be made into a precursor through a spinning process, and then carbon fiber can be obtained through processes such as flame resistance and carbonization.
炭素繊維の形態としては、有撚糸、解撚糸および無撚糸等を使用することができるが、有撚糸の場合は炭素繊維束を構成するフィラメントの配向が平行ではないため、得られる繊維強化複合材料の力学特性の低下の原因となることから、繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスが良い解撚糸または無撚糸が好ましく用いられる。 As the form of carbon fiber, twisted yarn, untwisted yarn, untwisted yarn, etc. can be used, but in the case of twisted yarn, the orientation of the filaments constituting the carbon fiber bundle is not parallel, so the fiber reinforced composite material obtained Therefore, an untwisted yarn or a non-twisted yarn having a good balance between formability and strength properties of the fiber-reinforced composite material is preferably used.
本発明で用いる炭素繊維は、引張弾性率が200〜440GPaの範囲であることが好ましい。炭素繊維の引張弾性率は、炭素繊維を構成する黒鉛構造の結晶度に影響され、結晶度が高いほど弾性率は向上する。また、導電性も結晶度が高いほど高くなる。よって、弾性率がこの範囲より低いと、得られる繊維強化複合材料の剛性が不足し軽量化が不十分となったり、所望する導電性が得られなかったりする場合があり、逆に弾性率がこの範囲より高いと、一般に炭素繊維の強度が低下する傾向がある。より好ましい弾性率は、230〜400GPaの範囲内であり、さらに好ましくは260〜370GPaの範囲内である。ここで、炭素繊維の引張弾性率は、JIS R7601−2006に従い測定された値である。 The carbon fiber used in the present invention preferably has a tensile modulus in the range of 200 to 440 GPa. The tensile elastic modulus of the carbon fiber is affected by the crystallinity of the graphite structure constituting the carbon fiber, and the elastic modulus increases as the crystallinity increases. Also, the conductivity increases as the crystallinity increases. Therefore, if the elastic modulus is lower than this range, the resulting fiber-reinforced composite material may have insufficient rigidity, resulting in insufficient weight reduction, or the desired conductivity may not be obtained. If it is higher than this range, generally the strength of the carbon fiber tends to decrease. A more preferable elastic modulus is in the range of 230 to 400 GPa, more preferably in the range of 260 to 370 GPa. Here, the tensile elastic modulus of the carbon fiber is a value measured according to JIS R7601-2006.
本発明の構成要素[B]は1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂である。1分子中にグリシジル基が2個未満のエポキシ樹脂の場合、後述する硬化剤と混合した混合物を加熱硬化して得られる硬化物のガラス転移温度が低くなるため好ましくない。かかるエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテルなどの臭素化エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂、レゾルシンジグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレートなどを挙げることができる。中でも、航空、宇宙機用途などの場合、高いガラス転移温度や弾性率を有する硬化物が得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことが好ましい。 The component [B] of the present invention is an epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule. In the case of an epoxy resin having less than 2 glycidyl groups in one molecule, the glass transition temperature of a cured product obtained by heating and curing a mixture mixed with a curing agent described later is not preferable. Examples of such epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol AD type epoxy resins, bisphenol type epoxy resins such as bisphenol S type epoxy resins, and brominated epoxy resins such as tetrabromobisphenol A diglycidyl ether. , Epoxy resins having a biphenyl skeleton, epoxy resins having a naphthalene skeleton, epoxy resins having a dicyclopentadiene skeleton, novolac epoxy resins such as phenol novolac epoxy resins and cresol novolac epoxy resins, N, N, O-triglycidyl -M-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-4-amino-3-methylphenol, N, N, N ' N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-2,2′-diethyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′ , N′-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine and other glycidylamine-type epoxy resins, resorcin diglycidyl ether, triglycidyl isocyanurate, etc. be able to. Among these, in the case of aviation, spacecraft applications, etc., it is preferable to include a glycidylamine type epoxy resin from which a cured product having a high glass transition temperature and elastic modulus can be obtained.
これらのエポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。任意の温度において流動性を示すエポキシ樹脂と、任意の温度において流動性を示さないエポキシ樹脂を配合することは、得られるプリプレグを熱硬化する時の、マトリックス樹脂の流動性制御に有効である。例えば、熱硬化時において、マトリックス樹脂がゲル化するまでの間に示す流動性が大きいと、強化繊維の配向に乱れを生じたり、マトリックス樹脂が系外に流れ出すことにより、繊維体積含有率が所定の範囲から外れたりすることがあり、その結果、得られる繊維強化複合材料の力学物性が低下する可能性がある。また、任意の温度において様々な粘弾性挙動を示すエポキシ樹脂を複数種組み合わせることは、得られるプリプレグのタック性やドレープ性を適切なものとするためにも有効である。 These epoxy resins may be used alone or in combination as appropriate. Mixing an epoxy resin exhibiting fluidity at an arbitrary temperature and an epoxy resin not exhibiting fluidity at an arbitrary temperature is effective in controlling the fluidity of the matrix resin when the resulting prepreg is thermoset. For example, if the fluidity shown before the matrix resin is gelled at the time of thermosetting, the fiber volume content is predetermined due to disturbance in the orientation of the reinforcing fibers or the matrix resin flowing out of the system. As a result, the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material may be reduced. Further, combining a plurality of epoxy resins exhibiting various viscoelastic behaviors at an arbitrary temperature is also effective for making the tackiness and draping properties of the obtained prepreg appropriate.
本発明のプリプレグには、耐熱性や機械物性に対し著しい低下を及ぼさない範囲であれば、構成要素[B]以外のエポキシ化合物、例えば1分子中に1個のエポキシ基しか有していないモノエポキシ化合物や、脂環式エポキシ樹脂などを適宜配合することができる。 The prepreg of the present invention has an epoxy compound other than the constituent element [B], for example, a monolith having only one epoxy group per molecule, as long as the heat resistance and mechanical properties are not significantly reduced. An epoxy compound, an alicyclic epoxy resin, etc. can be mix | blended suitably.
本発明の構成要素[C]である芳香族アミン化合物は、構成要素[B]のエポキシ樹脂を加熱硬化するための硬化剤として使用される。かかる芳香族アミン化合物としては、例えば、3,3’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、m−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミンなどが挙げられる。中でも、航空、宇宙機用途などの場合、耐熱性、弾性率に優れ、さらに線膨張係数および吸湿による耐熱性の低下が小さい硬化物が得られる4,4’−ジアミノジフェニルスルホンおよび3,3’−ジアミノジフェニルスルホンが用いることが好ましい。これらの芳香族アミン化合物は単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。また、他成分との混合時は粉体、液体いずれの形態でもよく、粉体と液体の芳香族アミン化合物を混合して用いても良い。 The aromatic amine compound which is the constituent element [C] of the present invention is used as a curing agent for heat-curing the epoxy resin of the constituent element [B]. Examples of the aromatic amine compound include 3,3′-diisopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-di-t-butyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, and 3,3′-diethyl. -5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5 , 5′-dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5′-tetraethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-diisopropyl-5,5′-diethyl-4, 4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetra Sopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-di-t-butyl-5,5′-diisopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5′-tetra-t- Butyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, m-xylylenediamine, diethyltoluenediamine Etc. Among these, in the case of aviation, spacecraft applications, etc., 4,4′-diaminodiphenylsulfone and 3,3 ′ are obtained which are excellent in heat resistance and elastic modulus, and can obtain a cured product with a small linear expansion coefficient and a decrease in heat resistance due to moisture absorption. -Diaminodiphenyl sulfone is preferably used. These aromatic amine compounds may be used singly or may be appropriately blended and used. When mixing with other components, either powder or liquid form may be used, and powder and liquid aromatic amine compounds may be mixed and used.
本発明において、構成要素[C]である芳香族アミン化合物の配合量は、構成要素[B]を構成する、全エポキシ樹脂のエポキシ基1個に対し、芳香族アミン化合物中の活性水素が0.7〜1.3個の範囲になる量であることが好ましく、より好ましくは0.8〜1.2個になるように配合することである。ここで、活性水素とは有機化合物において窒素、酸素、硫黄と結合していて、反応性の高い水素原子をいう。エポキ
シ基と活性水素の比率が所定の範囲を外れた場合、得られた硬化物の耐熱性や弾性率が低下する可能性がある。
In the present invention, the compounding amount of the aromatic amine compound as the component [C] is such that the active hydrogen in the aromatic amine compound is 0 with respect to one epoxy group of the total epoxy resin constituting the component [B]. The amount is preferably in the range of 7 to 1.3, more preferably 0.8 to 1.2. Here, active hydrogen refers to a highly reactive hydrogen atom bonded to nitrogen, oxygen, or sulfur in an organic compound. When the ratio between the epoxy group and the active hydrogen is out of the predetermined range, the heat resistance and elastic modulus of the obtained cured product may be lowered.
本発明の構成要素[C]である芳香族アミン化合物は、一般的に架橋反応の進行が遅いことが知られている。そこで、本発明の構成要素[C]には反応を促進するため硬化促進剤を配合することができる。かかる硬化促進剤としては、例えば、三級アミン、ルイス酸錯体、オニウム塩、イミダゾール化合物、尿素化合物などが挙げられる。硬化促進剤の配合量は、使用する種類により適宜調整する必要があるが、全エポキシ樹脂100質量部に対し、10質量部以下、好ましくは5質量部以下である。硬化促進剤がかかる範囲以上に配合されていると、過剰な硬化反応がおこり、反応を制御できない暴走反応を引き起こす可能性がある。 It is known that the aromatic amine compound which is the constituent element [C] of the present invention generally has a slow crosslinking reaction. Therefore, a curing accelerator can be blended with the component [C] of the present invention in order to accelerate the reaction. Examples of such curing accelerators include tertiary amines, Lewis acid complexes, onium salts, imidazole compounds, urea compounds, and the like. Although the compounding quantity of a hardening accelerator needs to be suitably adjusted with the kind to be used, it is 10 mass parts or less with respect to 100 mass parts of all the epoxy resins, Preferably it is 5 mass parts or less. If the curing accelerator is blended in more than this range, an excessive curing reaction occurs, which may cause a runaway reaction in which the reaction cannot be controlled.
本発明の構成要素[D]であるポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂は、得られるプリプレグのタック性の制御、プリプレグを加熱硬化する時のマトリックス樹脂の流動性の制御および得られる繊維強化複合材料の耐熱性や弾性率を損なうことなく靭性を付与するために配合される。かかるポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルスルホンなどを挙げることができ、これらのポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂は単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。中でも、ポリエーテルスルホンは得られる繊維強化複合材料の耐熱性や力学物性を低下することなく靭性を付与することができるため好ましく用いることができる。 The thermoplastic resin composed of the polyaryl ether skeleton, which is the constituent element [D] of the present invention, controls the tackiness of the resulting prepreg, controls the fluidity of the matrix resin when the prepreg is heat-cured, and the resulting fiber It is blended to impart toughness without impairing the heat resistance and elastic modulus of the reinforced composite material. Examples of the thermoplastic resin composed of such a polyaryl ether skeleton can include polysulfone, polyphenylsulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyetheretherketone, polyetherethersulfone, and the like. Thermoplastic resins composed of these polyaryl ether skeletons may be used alone or in combination as appropriate. Among these, polyethersulfone can be preferably used because it can impart toughness without deteriorating the heat resistance and mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material.
これらのポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂の末端官能基としては、第1級アミン、第2級アミン、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物やハロゲン基(塩素、臭素)などのものが使用できる。このうち、エポキシ樹脂との反応性が少ないハロゲン基の場合、保存安定性に優れたプリプレグを得ることができ、一方、ハロゲン基を除いた官能基の場合、エポキシ樹脂との反応性を有することからエポキシ樹脂と該熱可塑性樹脂の接着に優れたプリプレグを得ることができる。繊維強化複合材料の力学物性の低下を抑制するためには、ハロゲン基を除いた官能基の方が好ましく、中でも、水酸基はエポキシ樹脂との反応性が比較的低いので保存安定性の低下も抑制できる。 Examples of the terminal functional groups of thermoplastic resins composed of these polyaryl ether skeletons include primary amines, secondary amines, hydroxyl groups, carboxyl groups, thiol groups, acid anhydrides and halogen groups (chlorine, bromine), etc. Can be used. Among these, in the case of a halogen group having a low reactivity with an epoxy resin, a prepreg excellent in storage stability can be obtained. On the other hand, in the case of a functional group excluding a halogen group, it has a reactivity with an epoxy resin. Thus, a prepreg excellent in adhesion between the epoxy resin and the thermoplastic resin can be obtained. In order to suppress degradation of mechanical properties of fiber reinforced composite materials, functional groups excluding halogen groups are preferred. Among them, hydroxyl groups have a relatively low reactivity with epoxy resins, so that degradation of storage stability is also suppressed. it can.
本発明の構成要素[D]であるポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂の配合量は、構成要素[B]100質量部に対し、好ましくは5〜40質量部の範囲であり、より好ましくは10〜35質量部の範囲、さらに好ましくは15〜30質量部の範囲である。該熱可塑性樹脂の配合量をかかる範囲とすることで、混合物の粘度、しいては得られるプリプレグのタック性と、得られる繊維強化複合材料の力学物性のバランスをとることができる。 The blending amount of the thermoplastic resin composed of the polyaryl ether skeleton that is the constituent element [D] of the present invention is preferably in the range of 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the constituent element [B]. Preferably it is the range of 10-35 mass parts, More preferably, it is the range of 15-30 mass parts. By setting the blending amount of the thermoplastic resin in such a range, it is possible to balance the viscosity of the mixture, that is, the tackiness of the obtained prepreg and the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material.
本発明の構成要素[E]である熱可塑性樹脂を主成分とする粒子は、本発明で得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性を付加するために配合される。一般的に繊維強化複合材料は積層構造をとっており、これに衝撃が加わると層間に高い応力が発生し、剥離損傷が生じる。よって、外部からの衝撃に対する耐衝撃性を向上させる場合は、繊維強化複合材料の構成要素[A]からなる層と層の間に形成される樹脂層(以降、「層間樹脂層」と表すこともある)の靭性を向上すればよい。本発明において、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂に構成要素[D]を配合して靭性を向上しているが、さらに、本発明で得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層を選択的に高靭性化するため、構成要素[E]は配合される。 The particles mainly composed of the thermoplastic resin, which is the constituent element [E] of the present invention, are blended to add the impact resistance of the fiber reinforced composite material obtained by the present invention. In general, a fiber reinforced composite material has a laminated structure. When an impact is applied to the fiber reinforced composite material, high stress is generated between the layers, and peeling damage occurs. Therefore, when improving the impact resistance against external impacts, a resin layer (hereinafter referred to as an “interlayer resin layer”) formed between layers composed of the component [A] of the fiber reinforced composite material The toughness may be improved. In the present invention, the toughness is improved by blending the component [D] with the epoxy resin which is a matrix resin, and the interlayer resin layer of the fiber reinforced composite material obtained by the present invention is selectively made tougher. Therefore, component [E] is blended.
本発明の構成要素[E]は熱可塑性樹脂を主成分とするものであり、かかる熱可塑性樹脂としてはポリアミドやポリイミドを好ましく用いることができ、中でも、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できる、ポリアミドは最も好ましい。ポリアミドとしてはナイロン12、ナイロン11、ナイロン6やナイロン6/12共重合体などが好適に用いることができる。 The constituent element [E] of the present invention is mainly composed of a thermoplastic resin, and as such a thermoplastic resin, polyamide or polyimide can be preferably used. Among them, impact resistance is greatly improved due to excellent toughness. Of these, polyamides are most preferred. As the polyamide, nylon 12, nylon 11, nylon 6, nylon 6/12 copolymer and the like can be suitably used.
本発明の構成要素[E]は前記した熱可塑性樹脂のみで使用することも可能であるが、その場合、しばしば耐溶剤性が問題になることがある。繊維強化複合材料を構造部材や外板として使用する場合、よく表面に塗装が施されたり、航空機用途や自動車用途などの場合、作動油や燃料にさらされたりする場合もあり、こうした薬品に構成要素[E]を構成する熱可塑性樹脂が膨潤劣化して性能が低下する場合がある。 The component [E] of the present invention can be used only with the above-mentioned thermoplastic resin, but in that case, solvent resistance often becomes a problem. When fiber reinforced composite materials are used as structural members or skins, the surface is often painted, and in aircraft and automotive applications, they may be exposed to hydraulic oil and fuel. The thermoplastic resin constituting the element [E] may swell and deteriorate, thereby reducing the performance.
こうした熱可塑性樹脂の耐薬品性を向上する手段として、少量の熱硬化性樹脂を配合する方法がある。この場合、熱硬化性樹脂が形成する三次元網目構造の中に、熱可塑性樹脂の直鎖構造が取り込まれ、相互侵入型網目構造の一つであるセミIPN構造を形成することで飛躍的に耐溶剤性が向上する。 As a means for improving the chemical resistance of such a thermoplastic resin, there is a method of blending a small amount of a thermosetting resin. In this case, the linear structure of the thermoplastic resin is taken into the three-dimensional network structure formed by the thermosetting resin, and a semi-IPN structure that is one of the interpenetrating network structures is formed dramatically. Improved solvent resistance.
本発明の構成要素[E]は、かかるセミIPN構造を形成していることが好ましく、耐溶剤性と耐衝撃性を発現させるためには、構成要素[E]の熱可塑性樹脂を主成分とする粒子が、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の配合比率(質量%)が95:5〜70:30の範囲、より好ましくは90:10〜80:20の範囲にある粒子であることである。ここで、かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等を挙げることができるが、本発明のマトリックス樹脂の主成分である構成要素[B]と同種のエポキシ樹脂が力学物性の低下なく使用できるため好ましい。 The component [E] of the present invention preferably has such a semi-IPN structure, and in order to develop solvent resistance and impact resistance, the thermoplastic resin of the component [E] is a main component. The particles to be processed are particles having a blending ratio (mass%) of the thermoplastic resin and the thermosetting resin in the range of 95: 5 to 70:30, more preferably in the range of 90:10 to 80:20. . Examples of such thermosetting resins include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, benzoxazine resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, and polyimide resins. An epoxy resin of the same type as the constituent element [B], which is the main component of the matrix resin, is preferable because it can be used without a decrease in mechanical properties.
本発明で得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層を選択的に高靭性化するためには、本発明の構成要素[E]を層間樹脂層に留めておく必要があり、そのため、本発明の構成要素[E]の数平均粒径は5〜50μmの範囲であると良く、好ましくは7〜40μmの範囲、より好ましくは10〜30μmの範囲である。数平均粒径を5μm以上とすることで、構成要素[E]の粒子が構成要素[A]である炭素繊維の束の中に侵入せず得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層に留まることができ、数平均粒径を50μm以下とすることでプリプレグ表面のマトリックス樹脂層の厚みを適正化し、ひいては得られる繊維強化複合材料において、構成要素[A]である炭素繊維の体積含有率を適正化することができる。ここで、数平均粒径は構成要素[E]をレーザー顕微鏡(超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9510:(株)キーエンス製)にて200倍以上に拡大して観察を行い、任意の粒子50個以上の粒子について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値が用いられる。 In order to selectively increase the toughness of the interlayer resin layer of the fiber reinforced composite material obtained in the present invention, it is necessary to keep the component [E] of the present invention in the interlayer resin layer. The number average particle diameter of the constituent element [E] is preferably in the range of 5 to 50 μm, preferably in the range of 7 to 40 μm, more preferably in the range of 10 to 30 μm. By making the number average particle diameter 5 μm or more, the particles of the component [E] remain in the interlayer resin layer of the fiber reinforced composite material obtained without entering the bundle of carbon fibers as the component [A]. By making the number average particle size 50 μm or less, the thickness of the matrix resin layer on the surface of the prepreg is optimized, and in the resulting fiber-reinforced composite material, the volume content of the carbon fiber as the component [A] is appropriate. Can be Here, the number average particle diameter is observed by enlarging the constituent element [E] 200 times or more with a laser microscope (ultra-deep color 3D shape measurement microscope VK-9510: manufactured by Keyence Co., Ltd.). For 50 or more particles, the average value is used after measuring the diameter of the circumscribed circle of the particles as the particle size.
本発明の構成要素[E]である可塑性樹脂を主成分とする粒子の形状としては、無定形、球状、多孔質、針状、ウイスカー状およびフレーク状でもよいが、球状の場合、マトリックス樹脂の流動特性を低下させないため炭素繊維への含浸性が優れ、かつ、繊維強化複合材料への落錘衝撃時に、局所的な衝撃により生じる層間剥離がより低減されるため、かかる衝撃後の繊維強化複合材料に応力がかかった場合において、応力集中による破壊の起点となる前記局所的な衝撃に起因して生じた層間剥離部分がより少ないことから、高い耐衝撃性を発現する繊維強化複合材料が得られるため好ましい。 The shape of the particle mainly composed of the plastic resin which is the constituent element [E] of the present invention may be amorphous, spherical, porous, needle-like, whisker-like and flake-like. Since it does not deteriorate the flow characteristics, it has excellent carbon fiber impregnation properties, and the delamination caused by local impact is further reduced at the time of falling weight impact on the fiber reinforced composite material. When stress is applied to the material, since there are fewer delamination parts caused by the local impact that is the starting point of fracture due to stress concentration, a fiber-reinforced composite material that exhibits high impact resistance is obtained. Therefore, it is preferable.
本発明の構成要素[E]である可塑性樹脂を主成分とする粒子の配合量は、構成要素[B]100質量部に対し、好ましくは5〜40質量部の範囲であり、より好ましくは10〜35質量部の範囲、さらに好ましくは15〜30質量部の範囲である。該熱可塑性樹脂の配合量をかかる範囲とすることで、混合物の粘度、しいては得られるプリプレグのタック性と、得られる繊維強化複合材料の力学物性のバランスをとることができる。 The blending amount of the particles mainly composed of the plastic resin, which is the constituent element [E] of the present invention, is preferably in the range of 5 to 40 parts by weight, more preferably 10 to 100 parts by weight of the constituent element [B]. It is the range of -35 mass parts, More preferably, it is the range of 15-30 mass parts. By setting the blending amount of the thermoplastic resin in such a range, it is possible to balance the viscosity of the mixture, that is, the tackiness of the obtained prepreg and the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material.
本発明の構成要素[F]および[G]は、本発明で得られる繊維強化複合材料の導電性を高めるために配合される。 The components [F] and [G] of the present invention are blended in order to increase the conductivity of the fiber-reinforced composite material obtained by the present invention.
本発明で得られる繊維強化複合材料は、前記したように層間樹脂層に構成要素[E]を配置することで選択的に高靭性化し、耐衝撃性を向上している。ところが、このような繊維強化複合材料は、その繊維強化複合材料に高度な耐衝撃性を与える一方で層間に絶縁層となる樹脂層を生じるため、得られる繊維強化複合材料の厚み方向の導電性が著しく低下するという欠点がある。 As described above, the fiber-reinforced composite material obtained by the present invention is selectively toughened by disposing the constituent element [E] in the interlayer resin layer, and the impact resistance is improved. However, such a fiber reinforced composite material gives a high impact resistance to the fiber reinforced composite material, while forming a resin layer serving as an insulating layer between the layers. Has the disadvantage that it is significantly reduced.
そこで、繊維強化複合材料の層間樹脂層の導電性を高めるため、本発明の構成要素[F]である導電性粒子が配合される。かかる導電性粒子としては、電気的に良好な導体として振る舞う粒子であれば良く、導体のみからなるものに限定されない。好ましくは体積固有抵抗が15Ωcm以下であり、より好ましくは10Ωcmであり、さらに好ましくは5Ωcmである粒子である。体積固有抵抗をかかる範囲とすることで、層間樹脂層に導電経路を形成して導電性を高めることができる。ここで、体積固有抵抗は、4探針電極を有する円筒型セルに試料をセットし、試料に60MPaの圧力を加えた状態で試料の厚さと抵抗値を測定し、測定された値から算出した値である。かかる導電性粒子としては、例えば、金属粒子、ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子、ポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子、カーボン粒子の他、無機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子、有機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子を使用することができる。これらの中でも、高い導電性および安定性を示すことから、カーボン粒子、無機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子、有機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子が好ましく用いられ、特にカーボン粒子は安価に入手できることもあり特に好ましく用いられる。 Therefore, in order to increase the conductivity of the interlayer resin layer of the fiber reinforced composite material, the conductive particles which are the constituent element [F] of the present invention are blended. Such conductive particles may be particles that behave as electrically good conductors, and are not limited to those composed only of conductors. Preferably, the particles have a volume resistivity of 15 Ωcm or less, more preferably 10 Ωcm, and even more preferably 5 Ωcm. By setting the volume specific resistance in such a range, a conductive path can be formed in the interlayer resin layer to increase conductivity. Here, the volume resistivity was calculated from the measured value by setting the sample in a cylindrical cell having four probe electrodes, measuring the thickness and resistance value of the sample with a pressure of 60 MPa applied to the sample. Value. Examples of such conductive particles include metal particles, polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles, polyethylene dioxythiophene particles and other conductive polymer particles, carbon particles, and inorganic materials. Particles in which nuclei are coated with a conductive substance and particles in which nuclei of organic materials are coated with a conductive substance can be used. Among these, carbon particles, particles in which the core of an inorganic material is coated with a conductive material, and particles in which the core of an organic material is coated with a conductive material are preferably used because of high conductivity and stability. In particular, carbon particles are particularly preferably used because they can be obtained at low cost.
かかる無機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子の場合、核である無機材料としては、無機酸化物、無機有機複合物および炭素などを挙げることができる。 In the case of particles in which the core of the inorganic material is coated with a conductive substance, examples of the inorganic material that is the core include inorganic oxides, inorganic-organic composites, and carbon.
無機酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ・アルミナ、シリカ・ジルコニア等、単一の無機酸化物、および2種以上の複合無機酸化物が挙げられる。 Examples of inorganic oxides include single inorganic oxides such as silica, alumina, zirconia, titania, silica / alumina, silica / zirconia, and two or more composite inorganic oxides.
無機有機複合物としては、例えば、金属アルコキシドおよび/または金属アルキルアルコキシドを加水分解して得られるポリオルガノシロキサン等が挙げられる。 Examples of the inorganic organic composite include polyorganosiloxane obtained by hydrolyzing metal alkoxide and / or metal alkyl alkoxide.
炭素としては、結晶質炭素、非晶質炭素が好ましく用いられる。非晶質炭素としては、例えば、“ベルパール(登録商標)”C−600、C−800、C−2000(エア・ウォーター(株)製)、“NICABEADS(登録商標)”ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)、グラッシーカーボン(東海カーボン(株)製)、高純度人造黒鉛SGシリーズ、SGBシリーズ、SNシリーズ(SECカーボン(株)製)、真球状カーボン(群栄化学工業(株)製)などが具体的に挙げられる。 As carbon, crystalline carbon and amorphous carbon are preferably used. As the amorphous carbon, for example, “Bellpearl (registered trademark)” C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.), “NICABEADS (registered trademark)” ICB, PC, MC ( Nippon Carbon Co., Ltd.), Glassy Carbon (Tokai Carbon Co., Ltd.), High Purity Artificial Graphite SG Series, SGB Series, SN Series (SEC Carbon Co., Ltd.), True Spherical Carbon (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) ))) And the like.
かかる有機材料の核が導電性物質で被覆されてなる粒子の場合、核である有機材料としては、不飽和ポ
リエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、および、ジビニルベンゼン樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられ、これら有機材料は単独で用いても良く、複数種を組み合わせて用いても良い。中でも、優れた耐熱性を有するアクリル樹脂やジビニルベンゼン樹脂、および優れた耐衝撃性を有するポリアミド樹脂が好ましく用いられる。
In the case of particles in which the core of the organic material is coated with a conductive substance, the organic material as the core includes unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin Thermosetting resins such as polyimide resins, polyamide resins, phenol resins, amino resins, acrylic resins, ethylene-vinyl acetate resins, polyester resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, polyimide resins, urethane resins, and divinylbenzene Examples thereof include thermoplastic resins such as resins, and these organic materials may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylic resins and divinylbenzene resins having excellent heat resistance, and polyamide resins having excellent impact resistance are preferably used.
本発明の構成要素[F]である導電性粒子は、本発明で得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層の導電性を高めるため、層間樹脂層に局在化する必要がある。また、繊維強化複合材料において、層間樹脂層の上下部に位置する構成要素[A]と構成要素[F]である導電性粒子が接触していないと導電経路が形成されず、導電性向上効果が少なくなる。そのため、本発明の構成要素[F]である導電性粒子は数平均粒径を任意の範囲に調整する必要がある。 The conductive particles as the constituent element [F] of the present invention must be localized in the interlayer resin layer in order to increase the conductivity of the interlayer resin layer of the fiber-reinforced composite material obtained in the present invention. In the fiber reinforced composite material, the conductive path is not formed unless the constituent particles [A] and the conductive particles [F] located in the upper and lower portions of the interlayer resin layer are in contact with each other. Less. Therefore, it is necessary to adjust the number average particle diameter of the conductive particles as the constituent element [F] of the present invention to an arbitrary range.
しかしながら、一般的に繊維強化複合材料を航空機や自動車などの部材として使用するには、適用部位によりプリプレグ中の構成要素[A]である炭素繊維の目付(単位面積あたりの質量)を目的に応じた目付に調整する必要がある。炭素繊維の目付が変更された場合、得られる繊維強化複合材料中の炭素繊維の体積含有率を一定にするためには層間樹脂層の厚みが変動するため、本発明の構成要素[F]である導電性粒子の数平均粒径はプリプレグ中の構成要素[A]である炭素繊維の目付に応じて変更する必要がある。よって、本発明では構成要素[F]である導電性粒子の数平均粒径を次式(1)の範囲に調整すると良い。 However, in general, in order to use a fiber reinforced composite material as a member of an aircraft or an automobile, the basis weight (mass per unit area) of the carbon fiber, which is the constituent element [A] in the prepreg, depends on the purpose. It is necessary to adjust the weight per unit area. When the basis weight of the carbon fiber is changed, the thickness of the interlayer resin layer varies in order to keep the volume content of the carbon fiber in the obtained fiber-reinforced composite material constant. Therefore, in the component [F] of the present invention, The number average particle diameter of certain conductive particles needs to be changed according to the basis weight of the carbon fiber which is the constituent element [A] in the prepreg. Therefore, in this invention, it is good to adjust the number average particle diameter of the electroconductive particle which is a component [F] to the range of following Formula (1).
[(F×0.12)−3]≦Psize≦[(F×0.12)+3]・・・・・・・・・・式(1)
Psize:構成要素[F]である導電性粒子の1次粒子の数平均粒径(μm)
F:プリプレグ中の構成要素[A]の目付(g/m2)。
[(F × 0.12) −3] ≦ P size ≦ [(F × 0.12) +3] (1)
P size : number average particle size (μm) of primary particles of conductive particles as constituent element [F]
F: The basis weight (g / m 2 ) of the component [A] in the prepreg.
構成要素[F]の数平均粒径を式(1)の範囲とすることで、プリプレグ中の構成要素[A]である炭素繊維の目付に応じて適切に導電経路を形成することができ、得られる繊維強化複合材料中の炭素繊維の体積含有率を所定の範囲とすることができる。ここで、数平均粒径は構成要素[E]をレーザー顕微鏡(超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9510:(株)キーエンス製)にて200倍以上に拡大して観察を行い、任意の粒子50個以上の粒子について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値が用いられる。 By setting the number average particle diameter of the component [F] within the range of the formula (1), a conductive path can be appropriately formed according to the basis weight of the carbon fiber as the component [A] in the prepreg, The volume content of the carbon fibers in the obtained fiber-reinforced composite material can be set within a predetermined range. Here, the number average particle diameter is observed by enlarging the constituent element [E] 200 times or more with a laser microscope (ultra-deep color 3D shape measurement microscope VK-9510: manufactured by Keyence Co., Ltd.). For 50 or more particles, the average value is used after measuring the diameter of the circumscribed circle of the particles as the particle size.
本発明の構成要素[F]である導電性粒子の配合量は、構成要素[B]100質量部に対して0.5〜10質量部の範囲であり、より好ましくは1〜8質量部の範囲であり、さらに好ましくは2〜5質量部の範囲である。導電性粒子の配合量をかかる範囲とすることで得られる繊維強化複合材料の導電性と力学物性のバランスを取ることができる。 The compounding quantity of the electroconductive particle which is the component [F] of this invention is the range of 0.5-10 mass parts with respect to 100 mass parts of component [B], More preferably, it is 1-8 mass parts. It is a range, More preferably, it is the range of 2-5 mass parts. It is possible to balance the electrical conductivity and mechanical properties of the fiber-reinforced composite material obtained by setting the blending amount of the conductive particles in such a range.
本発明で得られる繊維強化複合材料は、前記したように構成要素[F]である導電性粒子を繊維強化複合材料の層間樹脂層に配置することで絶縁層であった層間樹脂層の導電性を改善し、繊維強化複合材料の厚み方向の導電性を向上させる。しかしながら、構成要素[F]の導電性粒子の一部と、層間樹脂層の上下部に位置する炭素繊維束と接触が不十分であったりすると、導電経路が形成されず、導電性向上効果が薄れてしまう可能性がある。また、構成要素[A]からなる束の内部においても、構成要素[A]同士の接触が少ないと導電しにくいため導電性が低下する可能性がある。 The fiber-reinforced composite material obtained by the present invention has the conductivity of the interlayer resin layer that was an insulating layer by disposing the conductive particles as the constituent element [F] in the interlayer resin layer of the fiber-reinforced composite material as described above. To improve the electrical conductivity in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material. However, if the contact between a part of the conductive particles of the component [F] and the carbon fiber bundles located above and below the interlayer resin layer is insufficient, a conductive path is not formed, and the conductivity improvement effect is obtained. There is a possibility of fading. In addition, even within the bundle composed of the component [A], if there is little contact between the components [A], it is difficult to conduct electricity, which may reduce the conductivity.
そこで、かかる問題を解決するため、本発明の構成要素[G]であるカーボンブラックは配合される。カーボンブラックとは、一般的に一次粒子の状態の数平均粒径が3〜500nmに制御されて製造された炭素主体の微粒子である。かかるカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、中空ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックなどを挙げることができる。 Therefore, in order to solve such a problem, carbon black which is the constituent element [G] of the present invention is blended. Carbon black is carbon-based fine particles produced by controlling the number average particle size of primary particles in general to be 3 to 500 nm. Examples of such carbon black include furnace black, hollow furnace black, ketjen black, acetylene black, and channel black.
カーボンブラックは、構成要素[B]に分散された場合、通常一次粒子が複数個連結したストラクチャーを形成しており、大きなストラクチャーを形成しやすいカーボンブラックが導電性に優れるとされている。しかしながら、ストラクチャーの大きさが大きすぎると構成要素[A]からなる束の間や、接触不良を起こしている構成要素[A]からなる束と構成要素[F]である導電性粒子の隙間に入り込むことができなくなる。以上の理由により、本発明の構成要素[G]であるカーボンブラックのストラクチャーの大きさは、数平均粒径で100〜500nmの範囲であると良く、好ましくは120〜400nmの範囲であり、より好ましくは130〜300nmの範囲である。カーボンブラックのストラクチャーの大きさをかかる範囲とすることで、構成要素[A]同士および構成要素[A]からなる束と構成要素[F]である導電性粒子が連結して導電経路を形成し、ひいては得られる繊維強化複合材料の厚み方向の導電性を飛躍的に向上することができる。ここで、カーボンブラックのストラクチャーの大きさは、次の方法で得られた値が用いられる。すなわち、構成要素[B]に構成要素[G]を分散させた後、構成要素[C]である硬化剤を配合して、所定の型枠内に注入し、熱風オーブン中で室温から180℃の温度まで1分間に1.5℃ずつ昇温した後、180℃の温度下で2時間保持して2mm厚の樹脂硬化板を得た。得られた硬化板をミクロトームにて薄片加工を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察し、任意のストラクチャー50個以上について、一番長い箇所の距離を粒径として計測し、平均した値である。 When carbon black is dispersed in the constituent element [B], it usually forms a structure in which a plurality of primary particles are connected, and carbon black that easily forms a large structure is considered to have excellent conductivity. However, if the size of the structure is too large, it will enter between the bundles of the component [A] or between the bundle of the component [A] causing the poor contact and the conductive particles of the component [F]. Can not be. For the reasons described above, the size of the structure of the carbon black which is the constituent element [G] of the present invention may be in the range of 100 to 500 nm in terms of number average particle diameter, preferably in the range of 120 to 400 nm. Preferably it is the range of 130-300 nm. By setting the size of the carbon black structure within such a range, the bundle of the constituent elements [A] and the constituent elements [A] and the conductive particles as the constituent elements [F] are connected to form a conductive path. As a result, the conductivity in the thickness direction of the resulting fiber-reinforced composite material can be dramatically improved. Here, the value obtained by the following method is used for the size of the structure of carbon black. That is, after the constituent element [G] is dispersed in the constituent element [B], the curing agent which is the constituent element [C] is blended and poured into a predetermined mold, and is heated from room temperature to 180 ° C. in a hot air oven. The temperature was raised by 1.5 ° C. per minute up to a temperature of 1 mm, and then kept at a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain a 2 mm thick resin cured plate. The obtained hardened plate is processed with a microtome and observed with a transmission electron microscope (TEM), and the distance of the longest part is measured as the particle diameter for 50 or more arbitrary structures, and the average value is obtained. It is.
カーボンブラックのストラクチャーの大きさを制御するためには、カーボンブラックの一次粒子の数平均粒径を制御する必要がある。一次粒子の数平均粒径が小さすぎると凝集力が強くなりすぎて分散性が低下し、ストラクチャーの大きさが大きくなる。逆に一次粒子の数平均粒径が大きすぎると凝集力が低下して、ストラクチャーを形成しなくなる傾向にある。以上のことから、カーボンブラックの一次粒子の数平均粒径は10〜50nmの範囲であると良く、好ましくは15〜40nmの範囲であり、より好ましくは20〜30nmの範囲である。カーボンブラックの一次粒子の数平均粒径をかかる範囲にすることで、前記したストラクチャーの大きさに調整することができる。ここで、カーボンブラックの一次粒子の数平均粒径とは、カーボンブラックを電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)にて観察を行い、任意の粒子100個について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値が用いられる。 In order to control the size of the carbon black structure, it is necessary to control the number average particle size of the primary particles of carbon black. If the number average particle size of the primary particles is too small, the cohesive force becomes too strong, the dispersibility is lowered, and the size of the structure is increased. On the other hand, if the number average particle size of the primary particles is too large, the cohesive force is lowered and the structure tends not to be formed. From the above, the number average particle size of the primary particles of carbon black is preferably in the range of 10 to 50 nm, preferably in the range of 15 to 40 nm, and more preferably in the range of 20 to 30 nm. By setting the number average particle size of the primary particles of carbon black in such a range, the size of the structure can be adjusted. Here, the number average particle diameter of the primary particles of carbon black is the observation of the carbon black with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and for 100 arbitrary particles, the number of circles circumscribing the particles. After measuring the diameter as the particle diameter, an average value is used.
本発明の構成要素[G]であるカーボンブラックの配合量は構成要素[B]100質量部に対して1〜5質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜4質量部の範囲であり、さらに好ましくは2〜3質量部の範囲である。カーボンブラックの配合量をかかる範囲とすることで得られる繊維強化複合材料の導電性と力学物性のバランスを取ることができる。 The blending amount of carbon black which is the constituent element [G] of the present invention is preferably in the range of 1 to 5 parts by mass, more preferably in the range of 1 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the constituent element [B]. More preferably, it is the range of 2-3 mass parts. It is possible to balance the electrical conductivity and mechanical properties of the fiber-reinforced composite material obtained by setting the blending amount of carbon black in such a range.
本発明のプリプレグは、様々な公知の方法で製造することができる。例えば、マトリックス樹脂をアセトン、メチルエチルケトンおよびメタノールなどから選ばれる有機溶媒に溶解させて低粘度化し、強化繊維に含浸させるウェット法、あるいは、マトリックス樹脂を、有機溶媒を用いずに加熱により低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法などの方法により、プリプレグを製造することができる。 The prepreg of the present invention can be produced by various known methods. For example, the matrix resin is dissolved in an organic solvent selected from acetone, methyl ethyl ketone, methanol, and the like to lower the viscosity, and the wet method in which the reinforcing fiber is impregnated, or the matrix resin is heated to lower the viscosity without using the organic solvent, A prepreg can be produced by a method such as a hot melt method for impregnating reinforcing fibers.
ウェット法では、強化繊維を、マトリックス樹脂を含む液体に浸漬した後に引き上げ、オーブンなどを用いて有機溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができる。 In the wet method, the reinforced fiber is pulled up after being immersed in a liquid containing a matrix resin, and an organic solvent is evaporated using an oven or the like to obtain a prepreg.
またホットメルト法では、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を、直接、強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦マトリックス樹脂を離型紙などの上にコーティングした樹脂フィルム付きの離型紙シート(以降、「樹脂フィルム」と表すこともある)をまず作製し、次いで強化繊維の両側あるいは片側から樹脂フィルムを強化繊維側に重ね、加熱加圧することにより強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法などを用いることができる。 In the hot melt method, a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating is impregnated directly into a reinforcing fiber, or a release paper sheet with a resin film once coated with a matrix resin on a release paper (hereinafter referred to as “resin”). The film may be referred to as “film” first), then a resin film is laminated on the reinforcing fiber side from both sides or one side of the reinforcing fiber, and the reinforcing fiber is impregnated with the matrix resin by heating and pressing. .
本発明のプリプレグの製造方法としては、プリプレグ中に残留する有機溶媒が実質的に皆無となるため、有機溶媒を用いずにマトリックス樹脂を強化繊維に含浸させるホットメルト法が好ましい。 The method for producing the prepreg of the present invention is preferably a hot melt method in which the reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin without using an organic solvent, since substantially no organic solvent remains in the prepreg.
本発明のプリプレグをホットメルト法にて作製する方法としては、具体的には次に示す方法が挙げられるが、いずれの方法でも製造することが可能である。すなわち、1つ目の方法は、本発明の構成要素[B]〜[G]からなる樹脂フィルムを構成要素[A]の両側あるいは片側から加熱加圧することにより、単段階でエポキシ樹脂組成物を含浸させる、いわゆる1段含浸ホットメルト法である。2つ目の方法は、エポキシ樹脂組成物を多段階に分けて、構成要素[A]の両側あるいは片側から加熱加圧することにより含浸させる、多段含浸ホットメルト法である。多段含浸ホットメルト法では、マトリックス樹脂を構成要素[A]に含浸させる回数は制限されないが、回数が増えるなるほど製造コストがかかる。そのため、エポキシ樹脂組成物を2段階に分けて、構成要素[A]の両側あるいは片側から加熱加圧することにより含浸させる、いわゆる2段含浸ホットメルト法が好ましく用いられる。2段含浸ホットメルト法の中でも、まず構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなり、実質的に構成要素[E]および[F]を含まない樹脂フィルム1を、構成要素[A]の両側あるいは片側から含浸させプリプレグ前駆体を得た後、構成要素[B]〜[G]からなり、構成要素[E]および[F]を含む樹脂フィルム2を該プリプレグ前駆体の両側あるいは片側に貼付することでプリプレグを得る方法が好ましく用いられる。 Specific examples of the method for producing the prepreg of the present invention by the hot melt method include the following methods, but any method can be used. That is, in the first method, the epoxy resin composition is formed in a single step by heating and pressurizing the resin film comprising the constituent elements [B] to [G] of the present invention from both sides or one side of the constituent element [A]. This is a so-called one-stage impregnation hot melt method for impregnation. The second method is a multistage impregnation hot melt method in which the epoxy resin composition is divided into multiple stages and impregnated by heating and pressing from both sides or one side of the component [A]. In the multistage impregnation hot melt method, the number of times the matrix resin is impregnated into the constituent element [A] is not limited, but the manufacturing cost increases as the number of times increases. Therefore, a so-called two-stage impregnation hot melt method in which the epoxy resin composition is impregnated by heating and pressurizing from both sides or one side of the component [A] in two stages is preferably used. Among the two-stage impregnation hot melt methods, first, the resin film 1 consisting of the constituent elements [B], [C], [D] and [G] and substantially free of the constituent elements [E] and [F], After impregnating the component [A] from both sides or one side to obtain a prepreg precursor, the resin film 2 composed of the components [B] to [G] and including the components [E] and [F] is used as the prepreg precursor. A method of obtaining a prepreg by sticking to both sides or one side of the body is preferably used.
1段含浸ホットメルト法を用いた場合は、本発明の構成要素[B]〜[G]からなる樹脂フィルムを構成要素[A]に含浸させる過程において、構成要素[A]が構成要素[E]および[F]の粒子の侵入を遮断することにより、プリプレグの表面に選択的に構成要素[E]および[F]が配置される。しかしながら、構成要素[E]および[F]の粒子をすべて構成要素[A]で遮断することは困難であり、構成要素[D]の一部は、構成要素[A]からなる層に侵入することがある。 When the one-stage impregnation hot melt method is used, in the process of impregnating the component [A] with the resin film composed of the components [B] to [G] of the present invention, the component [A] is converted into the component [E]. ] And [F] are selectively disposed on the surface of the prepreg by blocking the entry of the particles of [F] and [F]. However, it is difficult to block all the particles of the constituent elements [E] and [F] with the constituent element [A], and a part of the constituent element [D] enters the layer composed of the constituent element [A]. Sometimes.
一方、2段含浸ホットメルト法を用いた場合は、まず構成要素[E]および[F]を含まない樹脂フィルム1を構成要素[A]に含浸させ得られたプリプレグ前駆体に、構成要素[E]および[F]を含む樹脂フィルム2を貼付することで、プリプレグ表面に構成要素[E]および[F]の粒子を選択的に配置することができる。そのため、2段含浸ホットメルト法により得られたプリプレグは、後述する方法により測定されるプリプレグの平均厚み15%に相当する範囲に存在する構成要素[E]および[F]の量が多くなる。本発明のプリプレグは、構成要素[E]および[F]の粒子が、該プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み15%に相当する範囲に選択的に配置されることで、高度な耐衝撃性と導電性を両立する繊維強化複合材料を得ることができる。2段含浸ホットメルト法では、プリプレグ表面により多くの構成要素[E]および[F]の粒子を配置できため、好ましい。 On the other hand, when the two-stage impregnation hot melt method is used, first, the component [A] is impregnated with the prepreg precursor obtained by impregnating the component [A] with the resin film 1 not containing the components [E] and [F]. By applying the resin film 2 containing E] and [F], the particles of the constituent elements [E] and [F] can be selectively arranged on the prepreg surface. Therefore, in the prepreg obtained by the two-stage impregnation hot melt method, the amount of the constituent elements [E] and [F] existing in the range corresponding to the average thickness of 15% of the prepreg measured by the method described later increases. In the prepreg of the present invention, the particles of the constituent elements [E] and [F] are selectively disposed in a range corresponding to an average thickness of 15% of the prepreg from the surface of the prepreg, thereby achieving high impact resistance. And a fiber-reinforced composite material having both conductivity and electrical conductivity. The two-stage impregnation hot melt method is preferable because particles of many constituent elements [E] and [F] can be arranged on the prepreg surface.
本発明で用いられる構成要素[B]〜[G]からなるマトリックス樹脂(以下、エポキシ樹脂組成物と表す)は、様々な公知の方法で製造することができる。例えば、各成分をニーダーにて混練する方法が挙げられる。また、各成分を二軸の押出機を用いて混練してもよい。 The matrix resin (hereinafter referred to as an epoxy resin composition) composed of the constituent elements [B] to [G] used in the present invention can be produced by various known methods. For example, the method of kneading each component with a kneader is mentioned. Moreover, you may knead | mix each component using a biaxial extruder.
本発明のプリプレグを前記した2段含浸ホットメルト法にて製造する場合、1段目に構成要素[A]に含浸させる構成要素構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなり、実質的に構成要素[E]および[F]を含まない1次樹脂と、構成要素[A]に1次樹脂を含浸したプリプレグ前駆体の両側あるいは片側に貼り付ける構成要素[B]〜[G]からなり、実質的に構成要素[E]および[F]を含む2次樹脂が必要となる。 When the prepreg of the present invention is produced by the above-described two-stage impregnation hot melt method, the constituent elements [B], [C], [D] and [G] to be impregnated into the constituent element [A] in the first stage A component [B] that is affixed to both sides or one side of a primary resin substantially free of components [E] and [F] and a prepreg precursor impregnated with the primary resin in the component [A]. To [G], and a secondary resin substantially including the constituent elements [E] and [F] is required.
かかる1次樹脂をニーダーにて製造する場合、例えば、先ず構成要素[B]と[D]を130〜160℃の範囲の温度で加熱混合する。ここで、構成要素[D]の固形物が存在しなくなるまで溶解させることが好ましい。次いで、50℃の温度以下まで冷却した後に構成要素[G]を分散させる。ここで、構成要素[G]であるカーボンブラックは凝集体を形成している場合が多く、一度に全ての成分を混練した場合、分散不良となる場合がある。カーボンブラックが形成するストラクチャーの大きさは、前記したように大きすぎると構成要素[A]からなる束の間や、接触不良を起こしている構成要素[A]からなる束と構成要素[F]である導電性粒子の隙間に入り込むことができなくなるため100〜500nmの範囲であると良く、好ましくは120〜400nmの範囲であり、より好ましくは130〜300nmの範囲である。構成要素[G]であるカーボンブラックをかかる粒径の範囲に調整する方法として、構成要素[B]の一部と構成要素[G]にて、予めマスターバッチを製造して使用することができる。構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの配合比は、構成要素[B]100質量部に対し構成要素[G]が5〜50質量部であることが好ましく、より好ましくは10〜30質量部の範囲である。カーボンブラックの配合量がこの範囲よりも大きくなると、カーボンブラックの分散性が悪くなる場合がある。また、カーボンブラックの配合量がこの範囲よりも小さくなると十分な量のカーボンブラックを配合することができないため導電性を損なう場合がある。 When producing such a primary resin with a kneader, for example, first, the constituent elements [B] and [D] are heated and mixed at a temperature in the range of 130 to 160 ° C. Here, it is preferable to dissolve until the solid of the component [D] does not exist. Next, after cooling to a temperature of 50 ° C. or lower, the component [G] is dispersed. Here, the carbon black as the constituent element [G] often forms an aggregate, and when all the components are kneaded at once, it may cause poor dispersion. As described above, the size of the structure formed by carbon black is between the bundle of the component [A] or the bundle of the component [A] causing the poor contact and the component [F] if it is too large. Since it becomes impossible to enter the gaps between the conductive particles, the thickness is preferably in the range of 100 to 500 nm, preferably in the range of 120 to 400 nm, and more preferably in the range of 130 to 300 nm. As a method for adjusting the carbon black, which is the constituent element [G], to such a particle size range, a master batch can be manufactured and used in advance with a part of the constituent element [B] and the constituent element [G]. . The compounding ratio of the master batch composed of a part of the component [B] and the component [G] is preferably 5 to 50 parts by mass of the component [G] with respect to 100 parts by mass of the component [B]. More preferably, it is the range of 10-30 mass parts. If the blending amount of the carbon black is larger than this range, the dispersibility of the carbon black may be deteriorated. Further, if the blending amount of the carbon black is smaller than this range, a sufficient amount of carbon black cannot be blended, so that the conductivity may be impaired.
構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの作製方法は、例として、以下のような混練方法が挙げられる。構成要素[B]の一部と構成要素[G]を混合する工程、及び前記溶融工程で得た混合物をオープンタイプのロールミルにより混練する工程を備えることを特徴とする混練方法である。 Examples of the method for producing a masterbatch composed of a part of the constituent element [B] and the constituent element [G] include the following kneading methods. A kneading method comprising a step of mixing a part of the component [B] and the component [G], and a step of kneading the mixture obtained in the melting step with an open type roll mill.
このような混練方法において、構成要素[B]の一部と構成要素[G]を混合する工程は、二軸押出し混練機、単軸押出し混練機、及び加熱可能な2軸又は単軸のスクリューフィーダーからなる群から選ばれる手段により行うことが出来る。また、ロールミルとしては、連続式2本ロールミル、連続式3本ロールミル、及びバッチ式ロールミルからなる群から選ばれる1種を用いることが出来る。中でも、混練能力の点から3本ロールミルが好ましい。また、マスターバッチ中での構成要素[G]の分散性を高めるために、マスターバッチを3本ロールミルで複数回混練することが好ましい。 In such a kneading method, the step of mixing a part of the component [B] and the component [G] includes a twin screw extruder, a single screw extruder, and a heatable twin or single screw. This can be done by means selected from the group consisting of feeders. Moreover, as a roll mill, 1 type chosen from the group which consists of a continuous type 2 roll mill, a continuous type 3 roll mill, and a batch type roll mill can be used. Among these, a three-roll mill is preferable from the viewpoint of kneading ability. Moreover, in order to improve the dispersibility of the component [G] in the master batch, it is preferable to knead the master batch multiple times with a three-roll mill.
本発明の構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの表面抵抗率は1×106Ω以下であることが好ましく、より好ましくは1×104Ω以下であり、さらに好ましくは5×103Ω以下である。構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの表面抵抗率がこの範囲よりも大きくなると、得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する導電性が悪くなる場合がある。 The surface resistivity of the master batch composed of a part of the component [B] of the present invention and the component [G] is preferably 1 × 10 6 Ω or less, more preferably 1 × 10 4 Ω or less, More preferably, it is 5 × 10 3 Ω or less. When the surface resistivity of the master batch composed of a part of the component [B] and the component [G] is larger than this range, the conductivity in the thickness direction of the obtained fiber-reinforced composite material may be deteriorated.
ここで、構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの表面抵抗率は以下の方法で測定することができる。構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチと4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを、マスターバッチに含まれるエポキシ基1つに対し、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンの活性水素が0.35〜0.5になるよう混合し、厚みが75μmとなるようガラス板に塗工した後、熱風オーブンにより180℃の温度下で2時間保持して樹脂硬化板を得る。この樹脂硬化板の表面抵抗率をハイレスターUP MCP−HT450(三菱化学アナリテック社製)を用い、印加電圧1000Vで測定する。あるいは同様にして作製した樹脂硬化板の表面抵抗率をロレスターGP MCP−T600(三菱化学アナリテック社製)を用い、印加電圧10Vで測定する。 Here, the surface resistivity of the master batch composed of a part of the component [B] and the component [G] can be measured by the following method. A masterbatch composed of a part of the component [B] and the component [G] and 4,4′-diaminodiphenylsulfone are mixed with 4,4′-diaminodiphenylsulfone for one epoxy group contained in the masterbatch. After mixing so that active hydrogen may be 0.35-0.5, and coating to a glass plate so that thickness may be set to 75 micrometers, it hold | maintains at 180 degreeC temperature for 2 hours with a hot air oven, and obtains a resin hardening board. The surface resistivity of this cured resin plate is measured at an applied voltage of 1000 V using Hirestar UP MCP-HT450 (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech). Alternatively, the surface resistivity of the cured resin plate produced in the same manner is measured at an applied voltage of 10 V using a Lorester GP MCP-T600 (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech).
得られた1次樹脂は、構成要素[A]に含浸させるため、粘度特性が重要となる。得られた1次樹脂の粘度が低すぎた場合、成形時の樹脂フローが多く発生し、樹脂量が少なくなることから力学物性が低下する場合がある。また、得られた1次樹脂の粘度が高すぎた場合、ホットメルト法におけるエポキシ樹脂組成物のフィルム化工程でかすれを生じたり、強化繊維への含浸工程で未含浸部が発生したりする場合がある。これらの問題を発生させないためには、1次樹脂の粘度特性は次の条件(I)をとる必要がある。すなわち、
条件(I):構成要素[B]中のエポキシ基数と構成要素[C]中の活性水素数の比が1:l(0.7≦l≦1.3)の配合量である構成要素[C]、構成要素[B]100質量部に対してm質量部(5≦m≦40)の配合量の構成要素[D]、および構成要素[B]100質量部に対してn質量部(1≦n≦5)の配合量の構成要素[G]を含む、構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなる樹脂組成物の70℃の温度における粘度が10〜500Pa・sとなる、l、m、nが存在すること、である。
Since the obtained primary resin is impregnated into the constituent element [A], the viscosity characteristic is important. When the viscosity of the obtained primary resin is too low, a large amount of resin flow occurs during molding, and the amount of resin decreases, so that the mechanical properties may be lowered. Moreover, when the viscosity of the obtained primary resin is too high, when the film formation process of the epoxy resin composition in the hot melt method occurs, the unimpregnated part is generated in the impregnation process of the reinforcing fibers. There is. In order not to cause these problems, the viscosity characteristics of the primary resin must satisfy the following condition (I). That is,
Condition (I): a component in which the ratio of the number of epoxy groups in component [B] and the number of active hydrogens in component [C] is 1: 1 (0.7 ≦ l ≦ 1.3) [ C], component [D] in an amount of m parts by mass (5 ≦ m ≦ 40) with respect to 100 parts by mass of component [B], and n parts by mass with respect to 100 parts by mass of component [B] ( The viscosity at 70 ° C. of the resin composition consisting of the constituent elements [B], [C], [D] and [G] containing the constituent element [G] in the blending amount of 1 ≦ n ≦ 5) is 10 to 10. The presence of l, m, and n is 500 Pa · s.
ここで、70℃の温度における粘度は、動的粘弾性装置ARES−2KFRTN1−FCO−STD(ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、上下部測定冶具に直径40mmの平板のパラレルプレートを用い、上部と下部の冶具間距離が1mmとなるように該エポキシ樹脂組成物をセット後、ねじりモード(測定周波数:0.5Hz)で、測定温度範囲40〜140℃を昇温速度1.5℃/分で測定した。 Here, the viscosity at a temperature of 70 ° C. is obtained by using a dynamic viscoelastic device ARES-2KFRTN1-FCO-STD (manufactured by TA Instruments Inc.) and a flat parallel plate having a diameter of 40 mm on the upper and lower measurement jigs. After setting the epoxy resin composition so that the distance between the upper and lower jigs is 1 mm, the measurement temperature range is 40 to 140 ° C. in the torsion mode (measurement frequency: 0.5 Hz). Measured at ° C / min.
1次樹脂の70℃の温度における粘度を条件(I)の範囲とする方法としては、構成要素[B]に含まれる25℃の温度で流動性を示さない固形状エポキシ樹脂と、構成要素[D]であるポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂の配合量を適正な範囲とすることと、樹脂組成物中の構成要素[G]であるカーボンブラックのストラクチャーの大きさを適正な範囲とすることである。特に、構成要素[D]の配合量および構成要素[G]ストラクチャーの大きさは粘度への影響が大きい。よって、前述したように構成要素[D]の配合量は、構成要素[B]100質量部に対し、好ましくは5〜40質量部の範囲であり、より好ましくは10〜35質量部の範囲、さらに好ましくは15〜30質量部の範囲で配合すること、および構成要素[B]中において、構成要素[G]のストラクチャーの大きさを100〜500nmの範囲であると良く、好ましくは120〜400nmの範囲であり、より好ましくは130〜300nmの範囲とすることである。 As a method for setting the viscosity of the primary resin at a temperature of 70 ° C. within the range of the condition (I), a solid epoxy resin that does not exhibit fluidity at a temperature of 25 ° C. included in the component [B], and a component [ D] within a proper range of the amount of the thermoplastic resin composed of the polyaryl ether skeleton, and within the proper range of the size of the carbon black structure as the constituent element [G] in the resin composition It is to do. In particular, the blending amount of the component [D] and the size of the component [G] structure have a great influence on the viscosity. Therefore, as described above, the blending amount of the component [D] is preferably in the range of 5 to 40 parts by mass, more preferably in the range of 10 to 35 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the component [B]. More preferably, it is blended in the range of 15 to 30 parts by mass, and in the component [B], the size of the structure of the component [G] may be in the range of 100 to 500 nm, preferably 120 to 400 nm. More preferably, the range is 130 to 300 nm.
また、かかる2次樹脂をニーダーにて製造する場合、1次樹脂の時と同様に、構成要素[B]と[D]を130〜160℃の範囲の温度で加熱混合して、構成要素[D]を溶解させた後、50℃の温度以下まで冷却し、構成要素[B]の一部と構成要素[G]にて、予め作製しておいたマスターバッチ、構成要素[E]および[F]を加えて分散させ、最後に構成要素[C]である芳香族アミン化合物を加えて混練する。かかるマスターバッチの好ましい態様は1次樹脂の時と同様である。 In the case of producing such a secondary resin with a kneader, as in the case of the primary resin, the constituent elements [B] and [D] are heated and mixed at a temperature in the range of 130 to 160 ° C. D] is dissolved and then cooled to a temperature of 50 ° C. or lower, and a masterbatch prepared in advance using a part of the component [B] and the component [G], the components [E] and [E] F] is added and dispersed, and finally the aromatic amine compound as the constituent element [C] is added and kneaded. The preferred embodiment of such a masterbatch is the same as that for the primary resin.
得られた2次樹脂は、プリプレグ前駆体の両側あるいは片側に貼付され、構成要素[A]への含浸はないため、1次樹脂ほど粘度特性は重要ではないが、粘度が低いと得られたプリプレグのタック性が強くなり、また、粘度が高いと逆にタック性が低くなり、プリプレグの取扱い性が低下する。そのため、2次樹脂の粘度特性は次の条件(II)をとることが好ましい。すなわち、
条件(II):構成要素[B]中のエポキシ基数と構成要素[C]中の活性水素数の比が1:l(0.7≦l≦1.3)の配合量である構成要素[C]、構成要素[B]100質量部に対してm質量部(5≦m≦40)の配合量の構成要素[D]、構成要素[B]100質量部に対してx質量部(10≦x≦40)の配合量の構成要素[E]、構成要素[B]100質量部に対してy質量部(0.5≦y≦10)の配合量の構成要素[F]および構成要素[B]100質量部に対してn質量部(1≦n≦5)の配合量の構成要素[G]を含む、構成要素[B]〜[G]からなる樹脂組成物の70℃の温度における粘度が100〜500Pa・sとなる、l、m、n、x、yが存在すること、である。
The obtained secondary resin was affixed to both sides or one side of the prepreg precursor, and since there was no impregnation of the component [A], the viscosity characteristics were not as important as the primary resin, but the viscosity was low. The tackiness of the prepreg becomes strong. On the other hand, when the viscosity is high, the tackiness is lowered, and the handling property of the prepreg is lowered. Therefore, it is preferable that the viscosity characteristics of the secondary resin satisfy the following condition (II). That is,
Condition (II): a component in which the ratio of the number of epoxy groups in component [B] and the number of active hydrogens in component [C] is 1: 1 (0.7 ≦ l ≦ 1.3) [ C], component [B] component [D] in an amount of m parts by mass (5 ≦ m ≦ 40) with respect to 100 parts by mass, and component [B] x parts by mass (10 ≦ x ≦ 40) component [E], component [B] component [F] and component [F] and component [F] of component y [0.5 ≦ y ≦ 10] with respect to 100 parts by mass of component [B] [B] Temperature of 70 ° C. of resin composition comprising constituent elements [B] to [G] including constituent element [G] in an amount of n parts by mass (1 ≦ n ≦ 5) per 100 parts by mass The presence of l, m, n, x, and y is such that the viscosity at 100 to 500 Pa · s.
かかる70℃の温度における粘度は、前述と同様に、動的粘弾性装置ARES−2KFRTN1−FCO−STD(ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、上下部測定冶具に直径40mmの平板のパラレルプレートを用い、上部と下部の冶具間距離が1mmとなるように該エポキシ樹脂組成物をセット後、ねじりモード(測定周波数:0.5Hz)で、測定温度範囲40〜140℃を昇温速度1.5℃/分で測定した値である。 The viscosity at a temperature of 70 ° C. is the same as that described above, using a dynamic viscoelastic device ARES-2KFRTN1-FCO-STD (manufactured by TA Instruments Inc.), a flat plate having a diameter of 40 mm on the upper and lower measurement jigs. Using a parallel plate, set the epoxy resin composition so that the distance between the upper and lower jigs is 1 mm, then increase the measurement temperature range from 40 to 140 ° C in the torsion mode (measurement frequency: 0.5 Hz) It is a value measured at 1.5 ° C./min.
得られた1次および2次樹脂における各成分の配合割合は、未硬化の状態であれば、赤外吸収分析(略称:IR)、水素−核磁気共鳴(略称:1H−NMR)、炭素−13核磁気共鳴(略称:13C−NMR)、ガスクロマトグラフ−質量分析(略称:GC−MS)、高速液体クロマトグラフィー(略称:HPLC)などの分析方法を組み合わせることにより同定することができる。例えば、エポキシ樹脂組成物を水、アルコール類、アセトニトリル、ジクロロメタン、トリフルオロ酢酸などの単独あるいは混合溶媒に溶解させた後、不純物を濾過し、上澄み液をHPLCで測定し、かつ、濾別されたものをIRで測定するなどの方法を用いることができる。また、上記方法にて樹脂組成物に配合されている成分を同定することができ、得られた分子量やエポキシ基の数といった情報から、配合されているエポキシ樹脂成分のエポキシ当量を算出することもできる。 If the blending ratio of each component in the obtained primary and secondary resins is in an uncured state, infrared absorption analysis (abbreviation: IR), hydrogen-nuclear magnetic resonance (abbreviation: 1 H-NMR), carbon It can be identified by combining analytical methods such as -13 nuclear magnetic resonance (abbreviation: 13 C-NMR), gas chromatography-mass spectrometry (abbreviation: GC-MS), and high performance liquid chromatography (abbreviation: HPLC). For example, the epoxy resin composition was dissolved in water, alcohols, acetonitrile, dichloromethane, trifluoroacetic acid or the like alone or in a mixed solvent, then impurities were filtered, and the supernatant was measured by HPLC and separated by filtration. A method of measuring a thing by IR can be used. Moreover, the component mix | blended with the resin composition by the said method can be identified, and the epoxy equivalent of the mix | blended epoxy resin component can also be calculated from information, such as the obtained molecular weight and the number of epoxy groups. it can.
本発明のプリプレグは、得られたプリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み13%に相当する範囲は、構成要素[B]〜[G]で構成されている。すなわち、プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み13%に相当する範囲に構成要素[A]を含まない。このような構造のプリプレグとすることで、得られる繊維強化複合材料に層間樹脂層を形成することができる。ここで、プリプレグ表面のマトリックス樹脂層の厚みは、次の方法で評価できる。すなわち、本発明で得られたプリプレグを2枚の平滑な支持板の間にはさんで密着させ、長時間かけて徐々に温度を挙げて硬化させる。この時に重要なのは可能な限り低温でゲル化させることである。ゲル化しないうちに温度を上げるとプリプレグ中の樹脂が流動し、正確なマトリックス樹脂層の厚みを評価できないので、ゲル化した後、さらに時間をかけて徐々に温度をかけてプリプレグを硬化させ、繊維強化複合材料とする。得られた繊維強化複合材料の断面を研磨し、落射照明型光学顕微鏡で倍率200倍以上に拡大して写真を撮る。この断面写真を用い、まずプリプレグの平均厚みを求める。プリプレグの平均厚みは写真上で任意に選んだ少なくとも5ヶ所で測り、その平均をとる。次いで、繊維強化複合材料表面に形成されているマトリックス樹脂層の厚みを求める。マトリックス樹脂層の厚みも写真上で任意に選んだ少なくとも5ヶ所で測り、その平均をとる。得られたプリプレグの平均厚みとマトリックス樹脂層の平均厚みから比率を算出することができる。 In the prepreg of the present invention, the range corresponding to the average thickness of 13% of the prepreg from the surface of the obtained prepreg is composed of constituent elements [B] to [G]. That is, the component [A] is not included in a range corresponding to an average thickness of 13% from the surface of the prepreg. By setting it as the prepreg of such a structure, an interlayer resin layer can be formed in the fiber reinforced composite material obtained. Here, the thickness of the matrix resin layer on the prepreg surface can be evaluated by the following method. That is, the prepreg obtained in the present invention is closely attached between two smooth support plates, and is cured by gradually raising the temperature over a long period of time. What is important at this time is to make the gel as low as possible. If the temperature is raised before gelation, the resin in the prepreg will flow, and the exact thickness of the matrix resin layer cannot be evaluated, so after gelation, the temperature is gradually increased over time to cure the prepreg, A fiber reinforced composite material is used. A cross section of the obtained fiber reinforced composite material is polished, and magnified to 200 times or more with an epi-illumination type optical microscope to take a picture. Using this cross-sectional photograph, first, the average thickness of the prepreg is determined. The average thickness of the prepreg is measured at at least five points arbitrarily selected on the photograph, and the average is taken. Next, the thickness of the matrix resin layer formed on the surface of the fiber reinforced composite material is obtained. The thickness of the matrix resin layer is also measured at at least five points arbitrarily selected on the photograph, and the average is taken. The ratio can be calculated from the average thickness of the obtained prepreg and the average thickness of the matrix resin layer.
また、本発明のプリプレグは構成要素[E]および[F]それぞれの85質量%以上が、得られたプリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み15%に相当する範囲に存在することが好ましい。すなわち、構成要素[E]および[F]がプリプレグの表面に局在化していることが好ましい。このような構造のプリプレグとすることで、得られる繊維強化複合材料に構成要素[E]および[F]を選択的に配置した層間樹脂層を形成することが可能となり、高度な耐衝撃性と導電性を有する繊維強化複合材料を得ることができる。なお、プリプレグ中の粒子の局在化の程度は次の方法で評価できる。すなわち、上述した方法にて繊維強化複合材料を得た後、断面を研磨し、落射照明型光学顕微鏡で倍率200倍以上に拡大して写真を撮る。この断面写真を用い、まずプリプレグの平均厚みを求める。プリプレグの平均厚みは写真上で任意に選んだ少なくとも5ヶ所で測り、その平均をとる。次に両方の支持板に接していた面からプリプレグの厚みの15%の位置にプリプレグの最表面と平行に線を引く。支持板に接していた面と15%の平行線の間に存在する各粒子の断面積の総和をプリプレグの両面について定量する。また、プリプレグ総厚みに渡って存在する構成要素[E]および[F]それぞれの粒子の断面積の総和についても定量する。プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み15%に相当する範囲に存在する各粒子の断面積の総和とプリプレグ総厚みに渡って存在する粒子の断面積の総和に対する比をプリプレグ表面からプリプレグの平均厚みの15%以内に存在する粒子量とする。粒子断面積の定量はイメージアナライザーによってもよいし、断面写真から所定の領域に存在する粒子部分をすべて切り取りその重量を秤ることによってもよい。粒子の部分的な分布のばらつきの影響を排除するため、この評価は得られた写真の幅全域に渡って行い、かつ、任意に選んだ5ヶ所以上の写真について同様の評価を行い、その平均をとる必要がある。粒子とマトリックス樹脂との見分けがつきにくい時は、一方を選択的に染色して観察する。顕微鏡は光学顕微鏡でも走査型電子顕微鏡でも良く、粒子の大きさや染色方法によって使い分けると良い。なお、本発明においては、上記のように面積比によって計算した比率を、プリプレグの表面から該プリプレグの平均厚み15%に相当する範囲に存在する微粒子の質量比と定義している。 In the prepreg of the present invention, it is preferable that 85% by mass or more of each of the constituent elements [E] and [F] is present in a range corresponding to an average thickness of 15% of the prepreg from the surface of the obtained prepreg. That is, the constituent elements [E] and [F] are preferably localized on the surface of the prepreg. By using a prepreg having such a structure, it becomes possible to form an interlayer resin layer in which the constituent elements [E] and [F] are selectively arranged in the obtained fiber-reinforced composite material, and a high impact resistance. A fiber reinforced composite material having conductivity can be obtained. The degree of localization of particles in the prepreg can be evaluated by the following method. That is, after obtaining the fiber reinforced composite material by the above-described method, the cross section is polished, and the photograph is magnified to 200 times magnification or more with an epi-illumination optical microscope. Using this cross-sectional photograph, first, the average thickness of the prepreg is determined. The average thickness of the prepreg is measured at at least five points arbitrarily selected on the photograph, and the average is taken. Next, a line is drawn in parallel with the outermost surface of the prepreg at a position of 15% of the thickness of the prepreg from the surface that is in contact with both support plates. The total cross-sectional area of each particle existing between the surface in contact with the support plate and 15% parallel lines is quantified on both sides of the prepreg. Further, the total sum of the cross-sectional areas of the respective constituent elements [E] and [F] existing over the total thickness of the prepreg is also quantified. The ratio of the total cross-sectional area of each particle existing in a range corresponding to 15% of the average thickness of the prepreg from the surface of the prepreg to the total cross-sectional area of the particles existing over the total thickness of the prepreg is determined from the average thickness of the prepreg from the prepreg surface. The amount of particles existing within 15%. The quantification of the particle cross-sectional area may be performed by an image analyzer or by cutting out all the particle portions existing in a predetermined region from a cross-sectional photograph and weighing the weight. In order to eliminate the influence of variation in the partial distribution of particles, this evaluation is performed over the entire width of the obtained photo, and the same evaluation is performed for five or more arbitrarily selected photos, and the average is obtained. It is necessary to take When it is difficult to distinguish between the particles and the matrix resin, one of them is selectively stained and observed. The microscope may be an optical microscope or a scanning electron microscope, and may be properly used depending on the size of the particles and the staining method. In the present invention, the ratio calculated by the area ratio as described above is defined as the mass ratio of fine particles existing in a range corresponding to an average thickness of 15% of the prepreg from the surface of the prepreg.
なお、得られた繊維強化複合材料の断面観察を落射照明型光学顕微鏡で倍率200倍以上に拡大して写真を撮り、構成要素[E]および[F]それぞれの粒子について、直径を計測することで、構成要素[E]および[F]それぞれの数平均粒径を得ることができる。具体的には構成要素[E]および[F]それぞれの粒子について任意の粒子100個の粒径を計測後、平均した値を数平均粒径が用いられる。 The cross-sectional observation of the obtained fiber reinforced composite material is magnified to 200 times or more with an epi-illumination type optical microscope, a photograph is taken, and the diameter of each particle of the constituent elements [E] and [F] is measured. Thus, the number average particle sizes of the constituent elements [E] and [F] can be obtained. Specifically, after measuring the particle diameter of 100 arbitrary particles for each of the constituent elements [E] and [F], the number average particle diameter is used as an average value.
構成要素[E]および[F]の数平均粒径の好ましい範囲は、前記したそれぞれの好ましい数平均粒径の範囲と同じである。 The preferable range of the number average particle diameter of the constituent elements [E] and [F] is the same as the above-described preferable range of the number average particle diameter.
また、得られた繊維強化複合材料をミクロトームや集束イオンビーム(FIB)装置にて薄片加工を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察し、構成要素[G]の1次粒子の直径を計測することで、構成要素[G]の数平均粒径を得ることができる。具体的には構成要素[G]の1次粒子50個以上の粒径を計測後、平均した値を数平均粒径として用いることができる。 The obtained fiber reinforced composite material is processed into a thin piece with a microtome or a focused ion beam (FIB) apparatus, and observed with a transmission electron microscope (TEM) to determine the diameter of the primary particle of the constituent element [G]. By measuring, the number average particle diameter of the constituent element [G] can be obtained. Specifically, after measuring the particle size of 50 or more primary particles of the constituent element [G], an average value can be used as the number average particle size.
ここで得られる構成要素[G]の1次粒子の数平均粒径の好ましい範囲は、前述した数平均粒径と同じである。 The preferable range of the number average particle diameter of the primary particles of the constituent element [G] obtained here is the same as the number average particle diameter described above.
さらに、本発明のプリプレグは、構成要素[A]である炭素繊維の体積含有率(以下、Vfと表す)が50〜65体積%の範囲であることが好ましく、より好ましくは53〜62体積%の範囲であり、さらに好ましくは55〜60体積%の範囲である。Vfをかかる範囲とすることで得られる繊維強化複合材料の重量が増えるのを防ぎ、かつ、繊維強化複合材料内部に未含浸部分やボイドといった欠陥の発生を抑え力学物性の優れた繊維強化複合材料を得ることができる。ここで、プリプレグのVfは次の方法で求めた値である、すなわち、本発明で得られたプリプレグから100×100mmの試験片を切り出し、マイクロメーターにより厚みを測定して体積を算出する。次いでJIS K7071(1988)に記載のある「単位面積当たりプリプレグ質量、単位面積当たり炭素繊維質量、樹脂質量含有率および繊維質量含有率」の試験方法に従い、単位面積当たり炭素繊維質量を測定し、炭素繊維メーカーから提示されている密度を使用して体積を算出し、試験片の体積で割返すことで算出した値が用いられる。 Further, in the prepreg of the present invention, the volume content (hereinafter referred to as Vf) of the carbon fiber which is the constituent element [A] is preferably in the range of 50 to 65% by volume, more preferably 53 to 62% by volume. More preferably, it is the range of 55-60 volume%. A fiber-reinforced composite material that prevents an increase in the weight of the fiber-reinforced composite material obtained by setting Vf in such a range and suppresses the occurrence of defects such as unimpregnated portions and voids inside the fiber-reinforced composite material and has excellent mechanical properties. Can be obtained. Here, Vf of the prepreg is a value obtained by the following method, that is, a 100 × 100 mm test piece is cut out from the prepreg obtained in the present invention, and the volume is calculated by measuring the thickness with a micrometer. Then, according to the test method of “prepreg mass per unit area, carbon fiber mass per unit area, resin mass content and fiber mass content” described in JIS K7071 (1988), the carbon fiber mass per unit area is measured, and carbon The value calculated by calculating the volume using the density provided by the fiber manufacturer and dividing by the volume of the test piece is used.
本発明の繊維強化複合材料は、本発明のプリプレグを硬化させることにより得ることができる。プリプレグを用いて繊維強化複合材料を成形する場合、様々な公知の方法を用いることができる。例えば、得られたプリプレグを所定の大きさに切断し、それを単独で、または所定枚数のプリプレグを積層後、圧力を付与しながら加熱硬化させる方法などを好ましく用いることができる。 The fiber-reinforced composite material of the present invention can be obtained by curing the prepreg of the present invention. When forming a fiber reinforced composite material using a prepreg, various known methods can be used. For example, a method in which the obtained prepreg is cut into a predetermined size and then singly or a predetermined number of prepregs are laminated and then heat-cured while applying pressure can be preferably used.
プリプレグの積層体に圧力を付与しながら加熱硬化させる方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、および内圧成形法などがあり、使用用途により適宜使い分ける。中でも、航空機、宇宙機用途の場合、優れた性能と安定した品質の繊維強化複合材料が得られることから、しばしばオートクレーブ成形法が適用される。 There are a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like as methods for heating and curing while applying pressure to the prepreg laminate, and they are properly used depending on the intended use. Among these, in the case of aircraft and spacecraft applications, a fiber-reinforced composite material having excellent performance and stable quality can be obtained, and therefore, an autoclave molding method is often applied.
繊維強化複合材料を成形する温度としては、エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の種類により、適宜、調整する必要があり、本発明の場合、硬化剤として構成要素[C]である芳香族アミン化合物を使用していることから、通常、150〜220℃の範囲の温度で成形が行われる。かかる成形温度が低すぎると、十分な速硬化性が得られない場合があり、逆に高すぎると、熱歪みによる反りが発生しやすくなったりする場合がある。 The temperature at which the fiber-reinforced composite material is molded needs to be appropriately adjusted depending on the type of the curing agent contained in the epoxy resin composition. In the present invention, the aromatic amine as the constituent element [C] is used as the curing agent. Since the compound is used, molding is usually performed at a temperature in the range of 150 to 220 ° C. If the molding temperature is too low, sufficient rapid curability may not be obtained. Conversely, if the molding temperature is too high, warping due to thermal strain may be likely to occur.
繊維強化複合材料をオートクレーブ成形法で成形する圧力としては、プリプレグの厚みや炭素繊維の体積含有率などにより異なるが、通常、0.1〜1MPaの範囲の圧力である。成形圧力をかかる範囲とすることで、得られる繊維強化複合材料中にボイドの様な欠点がなく、反りなどの寸法変動のない繊維強化複合材料を得ることができる。 The pressure at which the fiber-reinforced composite material is molded by the autoclave molding method varies depending on the thickness of the prepreg, the volume content of the carbon fiber, etc., but is usually in the range of 0.1 to 1 MPa. By setting the molding pressure within such a range, a fiber-reinforced composite material free from defects such as voids and free from dimensional variations such as warpage can be obtained in the obtained fiber-reinforced composite material.
本発明で得られる繊維強化複合材料は、構成要素[E]である熱可塑性樹脂を主成分とする粒子、構成要素[F]である導電性粒子および構成要素[G]であるカーボンブラックをそれぞれ前述したように配合されており、高度な耐衝撃性と導電性を有することが特徴である。 The fiber-reinforced composite material obtained by the present invention comprises particles mainly composed of a thermoplastic resin as a constituent element [E], conductive particles as a constituent element [F], and carbon black as a constituent element [G]. It is blended as described above and is characterized by high impact resistance and conductivity.
かかる耐衝撃性は衝撃後圧縮強度(以下、CAIと表す)にて測定することが可能である、本発明の繊維強化複合材料のCAIはJIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり6.7Jの衝撃エネルギーを付与した後のCAIが280MPa以上であることが好ましく、より好ましくは300MPa以上であり、さらに好ましくは310MPa以上である。CAIがかかる範囲より低い場合は強度不足である場合があり、特に航空機等の構造部材には用いることが出来なくなる。CAIの上限値については特に制限はなく、数値が高いほど繊維強化複合材料を構造部材として適用した場合の安全性が高まる。 Such impact resistance can be measured by post-impact compressive strength (hereinafter referred to as CAI). The CAI of the fiber-reinforced composite material of the present invention is about 1 mm in thickness of the test piece according to JIS K 7089 (1996). The CAI after applying an impact energy of 6.7 J is preferably 280 MPa or more, more preferably 300 MPa or more, and further preferably 310 MPa or more. If the CAI is lower than this range, the strength may be insufficient, and in particular, it cannot be used for structural members such as aircraft. There is no restriction | limiting in particular about the upper limit of CAI, The safety | security when a fiber reinforced composite material is applied as a structural member is so high that a numerical value is high.
かかる導電性は次の方法で測定することができる。すなわち、本発明で得られた一方向プリプレグを炭素繊維の長手方向を0°として、[+45°/0°/−45°/90°]を基本として2回繰り返したものを対称に積層し、オートクレーブにて加熱、加圧して得られた繊維強化複合材のパネルから縦50mm×横50mmの寸法で切り出し、両表面の樹脂層を研磨により完全に除去した後、両面に導電性ペーストを塗布してサンプル片を作製する。得られたサンプル片を、アドバンテスト(株)製R6581デジタルマルチメーターを用いて、四端子法で積層方向の抵抗を測定して求めた体積固有抵抗を厚み方向の導電性とする方法である。尚、導電性ペーストとしては、例えば“ドータイト(登録商標)”D−550、FN−101、D−500、D−362、XA−9015、FE−107、XC−12、XC−32、SH−3A、XA−436、FA−545、XA−824、FC−403R、XC−223、FA−501、FA−333、FA−353N、XA−602N、XA−472、FC−415、XB−101G、SN−8800G、XB−114、XB−107、XB−110、FH−889、FEL−190、FEL−615、FEC−198、FEA−685、XB−101G(藤倉化成(株)製);N−2057、N−2057A(昭栄化学工業(株)製);CA−6178、CA−6178B、CA−6178T、CA−2500E、CA−BE04(大研化学工業(株)製);SP、SD、ST、SF、SL、SI、NPS−J、NPS、NPS−J−HTB、NPS−HTB、NPG−J(ハリマ化成(株)製);“MDot(登録商標)”−SLP、“CUX(登録商標)”−Rシリーズ(三ツ星ベルト(株)製)などを用いることができる。本発明の繊維強化複合材料の厚み方向の導電性の指標である体積固有抵抗は10Ωcm以下であることが好ましく、より好ましくは7Ωcm以下であり、さらに好ましくは5Ωcm以下である。体積固有抵抗をかかる範囲以下とすることで、繊維強化複合材料を部材として用いた場合に落雷や静電気散逸などの電気的ダメージを抑制することができ、特に航空機用途の場合、落雷への対策として部材表面に設けられている金属メッシュなどを減らすことができることから軽量化にも効果がある。ここで、繊維強化複合材料の厚み方向とは、その製造に用いられる本発明のプリプレグが積層される方向を意味する。 Such conductivity can be measured by the following method. That is, the unidirectional prepreg obtained in the present invention is symmetrically laminated with the carbon fiber longitudinal direction being set to 0 °, and repeated twice based on [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °], Cut out from the fiber reinforced composite panel obtained by heating and pressurizing in an autoclave in a size of 50 mm long × 50 mm wide, completely remove the resin layers on both surfaces by polishing, and then apply conductive paste on both sides. Sample pieces. This is a method in which the volume specific resistance obtained by measuring the resistance in the stacking direction of the obtained sample piece by using the R6581 digital multimeter manufactured by Advantest Co., Ltd. by the four-terminal method is made conductive in the thickness direction. Examples of the conductive paste include “Dotite (registered trademark)” D-550, FN-101, D-500, D-362, XA-9015, FE-107, XC-12, XC-32, and SH-. 3A, XA-436, FA-545, XA-824, FC-403R, XC-223, FA-501, FA-333, FA-353N, XA-602N, XA-472, FC-415, XB-101G, SN-8800G, XB-114, XB-107, XB-110, FH-889, FEL-190, FEL-615, FEC-198, FEA-685, XB-101G (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.); N- 2057, N-2057A (manufactured by Shoei Chemical Industry Co., Ltd.); CA-6178, CA-6178B, CA-6178T, CA-2500E, CA-BE04 ( SP, SD, ST, SF, SL, SI, NPS-J, NPS, NPS-J-HTB, NPS-HTB, NPG-J (manufactured by Harima Kasei Co., Ltd.); MDot (registered trademark) "-SLP," CUX (registered trademark) "-R series (manufactured by Mitsuboshi Belting Co., Ltd.) and the like can be used. The volume resistivity which is an index of conductivity in the thickness direction of the fiber reinforced composite material of the present invention is preferably 10 Ωcm or less, more preferably 7 Ωcm or less, and further preferably 5 Ωcm or less. By making the volume resistivity below this range, it is possible to suppress electrical damage such as lightning strikes and static electricity dissipation when using fiber reinforced composite materials as members, especially in aircraft applications, as a measure against lightning strikes. Since the metal mesh etc. provided on the member surface can be reduced, it is also effective in reducing the weight. Here, the thickness direction of the fiber reinforced composite material means a direction in which the prepreg of the present invention used for the production is laminated.
本発明のプリプレグから得られる繊維強化複合材料は、強度、剛性、耐衝撃性および導電性等に優れていることから航空機の胴体、主翼、尾翼およびフロアビーム等の一次構造部材やフラップ、エルロン、カウル、フェアリングおよび内装材等の二次構造部材、ロケットモーターケースおよび人工衛星構造材といった、航空・宇宙用途や自動車、船舶および鉄道車両等の移動体の構造材、建築材、風車の羽根、ICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途など幅広い用途に好適に用いることができる。 The fiber reinforced composite material obtained from the prepreg of the present invention is excellent in strength, rigidity, impact resistance, conductivity, etc., so primary structural members such as aircraft fuselage, main wing, tail wing and floor beam, flap, aileron, Secondary structural members such as cowls, fairings and interior materials, rocket motor cases and satellite structural materials, such as structural materials for mobile and aerospace applications, automobiles, ships and rail vehicles, building materials, windmill blades, It can be suitably used for a wide range of uses such as computer applications such as IC trays and notebook PC housings (housings).
以下、実施例によって、本発明のプリプレグおよび炭素繊維複合材料について、さらに具体的に説明する。なお、組成比の単位「部」は、特に注釈のない限り質量部を意味する。また、各種特性(物性)の測定は、特に注釈のない限り温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。 Hereinafter, the prepreg and carbon fiber composite material of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The unit “part” of the composition ratio means part by mass unless otherwise specified. Various characteristics (physical properties) were measured in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.
<実施例で用いられた材料>
(1)構成要素[A]:炭素繊維
・“トレカ(登録商標)” T800S−24K−10E(繊維数24000本、繊度:1,033tex、引張弾性率:294GPa、密度1.8g/cm3、東レ(株)製)。
<Materials used in Examples>
(1) Constituent element [A]: Carbon fiber “Treka (registered trademark)” T800S-24K-10E (24,000 fibers, fineness: 1,033 tex, tensile elastic modulus: 294 GPa, density 1.8 g / cm 3 , Toray Industries, Inc.).
(2)構成要素[B]:1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂
・“アラルダイト(登録商標)”MY721(成分:テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ハンツマン・ジャパン製)
・“アラルダイト(登録商標)”GY282(成分:ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ハンツマン・ジャパン製)
・GAN(成分:N,N−ジグリシジルアニリン、日本化薬工業(株)製)。
(2) Component [B]: Epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule “Araldite (registered trademark)” MY721 (component: tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Huntsman Japan)
"Araldite (registered trademark)" GY282 (component: bisphenol F type epoxy resin, manufactured by Huntsman Japan)
GAN (component: N, N-diglycidyl aniline, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
(3)構成要素[C]:芳香族アミン化合物
・“セイカキュア(登録商標)”S(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、セイカ(株)製)。
(3) Component [C]: Aromatic amine compound “Seikacure (registered trademark)” S (4,4′-diaminodiphenylsulfone, manufactured by Seika Corporation).
(4)構成要素[D]:ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂
・“VIRANTAGE(商標登録)”VW−10700RFP(成分;末端水酸基ポリエーテルスルホン、ソルベイ・スペシャリティ・ポリマーズ製)。
(4) Component [D]: Thermoplastic resin composed of polyaryl ether skeleton “VIRANTAGE (registered trademark)” VW-10700RFP (component: terminal hydroxyl group polyethersulfone, manufactured by Solvay Specialty Polymers).
(5)構成要素[E]:熱可塑性樹脂を主成分とする粒子
・ナイロン12粒子SP−10(成分:ナイロン12、数平均粒径:10μm、形状:球状、東レ(株)製)
・下記の製造方法で得られたエポキシ改質ナイロン粒子A(数平均粒径:13μm)
透明ポリアミド(“グリルアミド(登録商標)”TR55、エムスケミー・ジャパン(株)製)90部、エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”828、三菱化学(株)社製)7.5部および硬化剤(“トーマイド(登録商標)”#296、(株)ティーアンドケイ東華製)2.5部を、クロロホルム300部とメタノール100部の混合溶媒中に添加して均一溶液を得た。次に、得られた均一溶液を塗装用のスプレーガンを用い、撹拌している3000部のn−ヘキサンの液面に向かって霧状に吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n−ヘキサンで良く洗浄した後に、100℃の温度で24時間の真空乾燥を行い、球状のエポキシ改質ナイロン粒子Aを得た。得られたエポキシ改質ナイロン粒子Aをプレス成形して樹脂板とした後、ASTM D 5045−96に従い、コンパクトテンション法によるGIc値を測定した結果、4420J/m2であった。
(5) Component [E]: Particles mainly composed of thermoplastic resin / nylon 12 particles SP-10 (component: nylon 12, number average particle size: 10 μm, shape: spherical, manufactured by Toray Industries, Inc.)
-Epoxy-modified nylon particles A (number average particle size: 13 μm) obtained by the following production method
90 parts of transparent polyamide ("Grillamide (registered trademark)" TR55, manufactured by Ms Chemie Japan), 7.5 parts of epoxy resin ("jER (registered trademark)" 828, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and curing agent 2.5 parts ("Tomide (registered trademark)"# 296, manufactured by T & K Toka) were added to a mixed solvent of 300 parts of chloroform and 100 parts of methanol to obtain a homogeneous solution. Next, the obtained uniform solution was sprayed in the form of a mist toward the liquid surface of 3000 parts of n-hexane being stirred using a spray gun for coating to precipitate a solute. The precipitated solid was separated by filtration, washed well with n-hexane, and then vacuum-dried at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to obtain spherical epoxy-modified nylon particles A. The resulting epoxy modified nylon particles A by press-forming after a resin plate, in accordance with ASTM D 5045-96, the results of measuring the G Ic value by compact tension method was 4420J / m 2.
なお、各材料の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(1)構成要素[E]および[F]それぞれ単独での粒径測定」に従って測定したものである。 The number average particle diameter of each material was measured in accordance with “(1) Measurement of particle diameter of each of constituent elements [E] and [F] alone” in various evaluation methods described later.
また、組成物中の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(7)プリプレグ中の構成要素[E]および[F]それぞれ単独の粒径測定」に従って測定することができる。 The number average particle size in the composition can be measured according to “(7) Measurement of particle size of each of constituent elements [E] and [F] in prepreg alone” in various evaluation methods described later.
(6)構成要素[F]:導電性粒子
・フェノール樹脂の粒子(マリリンHFタイプ、群栄化学工業(株)製)を2000℃で焼成し、分級した導電性粒子B(成分:カーボン、数平均粒径:33μm)
・“グラッシーカーボン(登録商標)”(成分:カーボン、数平均粒径:26μm、東海カーボン(株)製)
・フェノール樹脂の粒子(マリリンHFタイプ、群栄化学工業(株)製)を2000℃で焼成し、分級した導電性粒子C(成分:カーボン、数平均粒径:23μm)
・“ミクロパール(登録商標)”AU215(成分:ジビニルベンゼンポリマー粒子にニッケルをメッキし、さらにその上に金をメッキした粒子、数平均粒径:16μm、積水化学(株)製)
・フェノール樹脂の粒子(マリリンHFタイプ、群栄化学工業(株)製)を2000℃で焼成し、分級した導電性粒子D(成分:カーボン、数平均粒径:16μm)。
(6) Component [F]: Conductive particles / phenol resin particles (Marilyn HF type, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) were baked and classified at 2000 ° C. and classified conductive particles B (component: carbon, number (Average particle size: 33 μm)
・ “Glassy Carbon (registered trademark)” (component: carbon, number average particle size: 26 μm, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.)
Conductive particles C (component: carbon, number average particle size: 23 μm) obtained by firing and classifying phenol resin particles (Marilyn HF type, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) at 2000 ° C.
"Micropearl (registered trademark)" AU215 (component: particles obtained by plating nickel on divinylbenzene polymer particles and further gold plating thereon, number average particle size: 16 μm, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.)
Conductive particles D (component: carbon, number average particle size: 16 μm) obtained by firing and classifying phenol resin particles (Marilyn HF type, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) at 2000 ° C.
なお、各材料の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(1)構成要素[E]および[F]それぞれ単独での粒径測定」に従って測定したものである。 The number average particle diameter of each material was measured in accordance with “(1) Measurement of particle diameter of each of constituent elements [E] and [F] alone” in various evaluation methods described later.
また、組成物中の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(7)プリプレグ中の構成要素[E]および[F]それぞれ単独の粒径測定」に従って測定することができる。 The number average particle size in the composition can be measured according to “(7) Measurement of particle size of each of constituent elements [E] and [F] in prepreg alone” in various evaluation methods described later.
(7)構成要素[G]:カーボンブラック
・“Printex(登録商標)”L(成分:ファーネスブラック、1次粒子の数平均粒径23nm、オリオン・エンジニアドカーボンズ社製)
・“ENSACO(登録商標)”250G(成分:中空ファーネスブラック、1次粒子の数平均粒径25nm、ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)
・“三菱(登録商標)”導電性カーボンブラック#3230B(成分:ファーネスブラック、1次粒子の数平均粒径23nm、三菱化学(株)製)
・“Special Black(登録商標)”550(成分:ファーネスブラック、1次粒子の数平均粒径25nm、オリオン・エンジニアドカーボンズ社製)。
(7) Component [G]: Carbon black “Printex (registered trademark)” L (component: furnace black, number average particle size of primary particles 23 nm, manufactured by Orion Engineered Carbons)
"ENSACO (registered trademark)" 250G (component: hollow furnace black, number average particle size of primary particles 25 nm, manufactured by Timcal Graphite & Carbon)
"Mitsubishi (registered trademark)" conductive carbon black # 3230B (component: furnace black, number average particle size of primary particles 23 nm, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
"Special Black (registered trademark)" 550 (component: furnace black, number average particle diameter of primary particles 25 nm, manufactured by Orion Engineered Carbons).
なお、各材料の1次粒子の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(2)構成要素[G]の1次粒子の粒径測定」に従って測定したものである。 In addition, the number average particle diameter of the primary particles of each material is measured according to “(2) Measurement of particle diameter of primary particles of component [G]” in various evaluation methods described later.
また、組成物中の数平均粒径は、後述する各種評価方法の「(8)プリプレグ中の構成要素[G]の1次粒子の平均粒径の測定」に従って測定することができる。 The number average particle size in the composition can be measured according to “(8) Measurement of average particle size of primary particles of component [G] in prepreg” of various evaluation methods described later.
<各種評価方法>
(1)構成要素[E]および[F]それぞれ単独の粒径測定
構成要素[E]および[F]それぞれについて、レーザー顕微鏡(超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9510:(株)キーエンス製)にて200倍以上に拡大して観察を行い、任意の粒子60個の粒子について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値を構成要素[E]および[F]それぞれの数平均粒径とした。
<Various evaluation methods>
(1) Constituent elements [E] and [F] each having a single particle size measurement For each of constituent elements [E] and [F], a laser microscope (ultra-depth color 3D shape measuring microscope VK-9510: manufactured by Keyence Corporation) The observation is performed by magnifying the particles to a magnification of 200 times or more and measuring the diameter of the circumscribed circle of 60 arbitrary particles as the particle size, and then averaging the values of the components [E] and [F] Each number average particle diameter was used.
(2)構成要素[G]の1次粒子の粒径測定
構成要素[G]であるカーボンブラックを電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)にて観察を行い、任意の粒子60個について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値を構成要素[G]の1次粒子の数平均粒径とした。
(2) Particle size measurement of primary particles of component [G] Carbon black as component [G] is observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and about 60 arbitrary particles, After measuring the diameter of the circumscribed circle of the particles as the particle diameter, the average value was taken as the number average particle diameter of the primary particles of the component [G].
(3)構成要素[B]中の構成要素[G]であるカーボンブラックストラクチャーサイズの測定
各実施例および比較例で得られた構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなるエポキシ樹脂組成物(1次樹脂)を型枠内に注入し、熱風オーブン中で室温から180℃の温度まで1分間に1.5℃ずつ昇温した後、180℃の温度下で2時間保持して2mm厚の樹脂硬化板を作製した。得られた硬化板をミクロトームにて薄片加工を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察し、任意の粒子60個について、一番長い箇所の距離を粒径として計測後、平均した値を構成要素[B]中の構成要素[G]であるカーボンブラックストラクチャーサイズとした。
(3) Measurement of carbon black structure size which is the constituent element [G] in the constituent element [B] The constituent elements [B], [C], [D] and [G] obtained in the respective examples and comparative examples An epoxy resin composition (primary resin) consisting of the following is poured into a mold, heated in a hot air oven from room temperature to 180 ° C. at a rate of 1.5 ° C. per minute, and then heated at 180 ° C. at 2 ° C. Holding the time, a 2 mm thick resin cured plate was produced. The obtained hardened plate was processed with a microtome and observed with a transmission electron microscope (TEM), and the average value was obtained after measuring the distance of the longest portion as the particle size for 60 arbitrary particles. The carbon black structure size as the constituent element [G] in the constituent element [B] was used.
(4)エポキシ樹脂組成物の粘度測定
各実施例および比較例で得られた構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなるエポキシ樹脂組成物(1次樹脂)の粘度は、動的粘弾性装置ARES−2KFRTN1−FCO−STD(ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、上下部測定冶具に直径40mmの平板のパラレルプレートを用い、上部と下部の冶具間距離が1mmとなるように該エポキシ樹脂組成物をセット後、ねじりモード(測定周波数:0.5Hz)で、測定温度範囲40〜150℃を昇温速度1.5℃/分で測定した。
(4) Viscosity measurement of epoxy resin composition Viscosity of epoxy resin composition (primary resin) comprising constituent elements [B], [C], [D] and [G] obtained in each of Examples and Comparative Examples Uses a dynamic viscoelastic device ARES-2KFRTN1-FCO-STD (manufactured by TA Instruments Inc.), a flat parallel plate with a diameter of 40 mm is used for the upper and lower measurement jigs, and the distance between the upper and lower jigs After setting the epoxy resin composition so as to be 1 mm, a measurement temperature range of 40 to 150 ° C. was measured at a heating rate of 1.5 ° C./min in a twist mode (measurement frequency: 0.5 Hz).
(5)プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの13%に相当する範囲の構成要素の評価
各実施例および比較例で得られたプリプレグを、2枚の表面の平滑なポリ四フッ化エチレン樹脂板間に挟持して密着させ、7日間かけて徐々に150℃迄温度を上昇させてゲル化および硬化させて板状の硬化物を作製した。硬化後、密着面と垂直な方向(厚み方向)に切断し、断面を研磨後、落射照明型光学顕微鏡で200倍以上に拡大し、プリプレグの上下面が視野内に納まるようにして写真撮影した。断面写真の横方向の5ヵ所でポリ四フッ化エチレン樹脂板間の間隔を測定し、その平均値をプリプレグの平均厚みとした。
(5) Evaluation of components in a range corresponding to 13% of the prepreg average thickness from the prepreg surface The prepreg obtained in each Example and Comparative Example was placed between two smooth polytetrafluoroethylene resin plates on the surface. It was sandwiched and closely adhered, and the temperature was gradually raised to 150 ° C. over 7 days to gel and cure to produce a plate-like cured product. After curing, cut in a direction perpendicular to the contact surface (thickness direction), polish the cross section, and then enlarge it 200 times or more with an epi-illumination type optical microscope, and take a picture so that the upper and lower surfaces of the prepreg fit within the field of view. . The intervals between the polytetrafluoroethylene resin plates were measured at five locations in the lateral direction of the cross-sectional photograph, and the average value was taken as the average thickness of the prepreg.
また、この写真より、プリプレグの表面からプリプレグの平均厚みの13%に相当する範囲において、構成要素[A]である炭素繊維の有無を確認した。 In addition, from this photograph, the presence or absence of carbon fibers as the constituent element [A] was confirmed in a range corresponding to 13% of the average thickness of the prepreg from the surface of the prepreg.
(6)プリプレグの平均厚みの15%の深さの範囲に存在する構成要素[E]および[F]である各粒子の存在率評価
各実施例および比較例で得られたプリプレグを、前記(5)の手法によりプリプレグの平均厚みを測定した。このプリプレグ硬化物の写真に、プリプレグ硬化物の両表面から、プリプレグの平均厚みの15%の深さの位置に、プリプレグの表面と平行な線を2本引き、プリプレグの表面と該平行線の間に存在する構成要素[E]および[F]の各粒子について合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する全粒子の合計面積を求め、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から15%の深さの範囲に存在する粒子の存在率を計算した。ここで、各粒子の合計面積は、断面写真から粒子部分を切り抜き、その重量から換算して求めた。
(6) Presence evaluation of each particle which is the constituent elements [E] and [F] existing in a depth range of 15% of the average thickness of the prepreg The prepregs obtained in the examples and comparative examples are The average thickness of the prepreg was measured by the method 5). In this photograph of the cured prepreg, two lines parallel to the surface of the prepreg are drawn from both surfaces of the cured prepreg at a depth of 15% of the average thickness of the prepreg. The total area of each particle of the constituent elements [E] and [F] existing in between and the total area of all the particles existing over the thickness of the prepreg are obtained, and the surface of the prepreg with respect to 100% of the prepreg thickness The abundance of particles existing in the range of 15% depth was calculated. Here, the total area of each particle was obtained by cutting out a particle portion from a cross-sectional photograph and converting it from its weight.
(7)プリプレグ中の構成要素[E]および[F]それぞれ単独の粒径測定
各実施例および比較例で得られたプリプレグを、前記(5)の手法にて硬化したプリプレグの断面を落射照明型光学顕微鏡で200倍以上に拡大し、数カ所について写真撮影した。次いで、得られた断面写真から構成要素[E]および[F]それぞれの粒子について60個の粒径を計測後、平均した値を構成要素[E]および[F]それぞれの数平均粒径とした。
(7) Particle size measurement of each component [E] and [F] in the prepreg Each of the prepregs obtained by curing the prepregs obtained in each of the examples and comparative examples by the method of (5) is incident illumination. The image was magnified 200 times or more with a scanning optical microscope, and several photos were taken. Next, after measuring the particle diameters of 60 particles for each of the constituent elements [E] and [F] from the obtained cross-sectional photograph, the averaged value was determined as the number average particle diameter of each of the constituent elements [E] and [F]. did.
(8)プリプレグ中の構成要素[G]の1次粒子の平均粒径の測定
実施例および比較例で得られたプリプレグを、前記(5)の手法にて硬化したプリプレグを集束イオンビーム(FIB)装置にて薄片加工を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察し、任意の粒子60個の粒径を計測後、平均した値を数平均粒径とした。
(8) Measurement of average particle diameter of primary particles of constituent element [G] in prepreg A prepreg obtained by curing the prepreg obtained in Examples and Comparative Examples by the method of (5) above is used as a focused ion beam (FIB). ) Thin piece processing was performed with an apparatus, and observation was performed with a transmission electron microscope (TEM). After measuring the particle size of 60 arbitrary particles, the average value was taken as the number average particle size.
(9)プリプレグ中の炭素繊維の体積含有率(Vf)測定
先ず、JIS K7071(1988)に記載のある「単位面積当たりプリプレグ質量、単位面積当たり炭素繊維質量、樹脂質量含有率および繊維質量含有率」の試験方法に従い、単位面積当たり炭素繊維質量を測定する。具体的には各実施例および比較例で得られたプリプレグから100×100mmの試験片を切り出し、任意の5点の厚みを測定して平均値を平均厚みとし、体積を計算する。次いで、23℃の温度において、試験片をビーカーに入れて約200mlのメチルエチルケトン(MEK)を入れ、15分間超音波照射を行い攪拌する。予め質量を測定したガラスフィルタを用いて上澄み液をろ過した後、構成要素[A]である炭素繊維が残っているビーカーにMEKを入れ、前記操作を3回繰り返し行う。3回目の操作終了後、炭素繊維もガラスフィルタに移し、吸引濾過する。ろ過後、炭素繊維をガラスフィルタごと、105℃の温度で90分間、乾燥機中で乾燥し、デシケーター中で45分間以上冷却した後、炭素繊維が入ったままのガラスフィルタの質量を測定し、予め測定していたガラスフィルタの質量を差し引いた値を炭素繊維の質量とする。炭素繊維メーカーから提示されている炭素繊維の密度を使用し、測定で得られた炭素繊維質量から体積を算出する。得られた炭素繊維の体積を、初めに算出した試験片の体積で割返すことでVfを算出した。測定は3回行い、平均値をプリプレグのVf(体積%)とした。
(9) Volume content (Vf) measurement of carbon fiber in prepreg First, “prepreg mass per unit area, carbon fiber mass per unit area, resin mass content and fiber mass content described in JIS K7071 (1988). According to the test method, the carbon fiber mass per unit area is measured. Specifically, a test piece of 100 × 100 mm is cut out from the prepregs obtained in the respective examples and comparative examples, the thicknesses of arbitrary five points are measured, the average value is taken as the average thickness, and the volume is calculated. Next, at a temperature of 23 ° C., the test piece is put in a beaker, about 200 ml of methyl ethyl ketone (MEK) is put, and ultrasonic irradiation is performed for 15 minutes, followed by stirring. After the supernatant liquid is filtered using a glass filter whose mass has been measured in advance, MEK is put into a beaker in which the carbon fiber as the constituent element [A] remains, and the above operation is repeated three times. After completion of the third operation, the carbon fiber is also transferred to a glass filter and suction filtered. After filtration, the carbon fiber is dried together with a glass filter at a temperature of 105 ° C. for 90 minutes in a dryer, cooled in a desiccator for 45 minutes or more, and then the mass of the glass filter with the carbon fiber contained therein is measured. A value obtained by subtracting the mass of the glass filter measured in advance is defined as the mass of the carbon fiber. Using the density of the carbon fiber presented by the carbon fiber manufacturer, the volume is calculated from the mass of the carbon fiber obtained by the measurement. Vf was calculated by dividing the volume of the obtained carbon fiber by the volume of the test piece calculated first. The measurement was performed three times, and the average value was defined as Vf (volume%) of the prepreg.
(10)繊維強化複合材料の導電性測定方法
各実施例および比較例で得られたプリプレグに含まれる炭素繊維の長手方向を0°とし、[+45°/0°/−45°/90°]を基本として2回繰り返したものを対称に積層し、合計16plyの疑似等方予備積層体とする。得られた予備積層体をオートクレーブにセットし、0.6MPaの圧力で、室温から180℃の温度まで1分間に1.7℃ずつ昇温し、180℃の温度下で2時間かけて硬化して繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料から、縦40mm×横40mmのサンプルを切り出し、両表面の樹脂層を研磨除去後、両面に導電性ペーストN−2057(昭栄化学工業(株)製)を、バーコーターを用いて約70μmの厚さで塗布し、180℃の温度に調整した熱風オーブン中にて、30分かけて硬化させ、導電性評価用のサンプル得た。得られたサンプルの厚さ方向の抵抗を、アドバンテスト(株)製R6581デジタルマルチメーターを用いて四端子法により測定した。測定は6回行い、平均値を繊維複合材料の体積固有抵抗(Ωcm)とした。
(10) Method for measuring conductivity of fiber reinforced composite material The longitudinal direction of the carbon fibers contained in the prepregs obtained in the examples and comparative examples is 0 °, and [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °]. Are repeated two times based on the above, and a total of 16 ply pseudo-isotropic pre-laminated body is obtained. The obtained pre-laminated body was set in an autoclave, heated at a pressure of 0.6 MPa by 1.7 ° C. per minute from room temperature to 180 ° C., and cured at a temperature of 180 ° C. for 2 hours. Thus, a fiber reinforced composite material was obtained. A sample 40 mm long × 40 mm wide was cut out from the obtained fiber-reinforced composite material, the resin layers on both surfaces were polished and removed, and conductive paste N-2057 (manufactured by Shoei Chemical Industry Co., Ltd.) was applied to both sides. Was applied in a thickness of about 70 μm and cured in a hot air oven adjusted to a temperature of 180 ° C. over 30 minutes to obtain a sample for conductivity evaluation. The resistance in the thickness direction of the obtained sample was measured by a four-terminal method using an R6581 digital multimeter manufactured by Advantest Corporation. The measurement was performed 6 times, and the average value was defined as the volume resistivity (Ωcm) of the fiber composite material.
(11)繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度(CAI)測定方法
各実施例および比較例で得られたプリプレグに含まれる炭素繊維の長手方向を0°とし、[+45°/0°/−45°/90°]を基本として3回繰り返したものを対称に積層し、合計24plyの疑似等方予備積層体とする。得られた予備積層体をオートクレーブにセットし、0.6MPaの圧力で、室温から180℃の温度まで1分間に1.7℃ずつ昇温し、180℃の温度下で2時間かけて硬化して繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料から、縦150mm×横100mmの矩形試験片を切り出し、試験片の中心にJIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり6.7Jの落錘衝撃を与えた後、JIS K 7089(1996)に従い残存圧縮強度を測定した。測定は6回行い、平均値を衝撃後圧縮強度(CAI)(MPa)とした。
(11) Method for measuring post-impact compressive strength (CAI) of fiber reinforced composite material The longitudinal direction of the carbon fibers contained in the prepregs obtained in each Example and Comparative Example is defined as 0 °, and [+ 45 ° / 0 ° / −45 Based on [° / 90 °], those repeated three times are laminated symmetrically to make a total of 24 ply pseudo-isotropic pre-laminated body. The obtained pre-laminated body was set in an autoclave, heated at a pressure of 0.6 MPa by 1.7 ° C. per minute from room temperature to 180 ° C., and cured at a temperature of 180 ° C. for 2 hours. Thus, a fiber reinforced composite material was obtained. From the obtained fiber reinforced composite material, a rectangular test piece having a length of 150 mm and a width of 100 mm was cut out, and a falling weight impact of 6.7 J per mm of the thickness of the test piece was applied to the center of the test piece in accordance with JIS K 7089 (1996). Thereafter, the residual compressive strength was measured according to JIS K 7089 (1996). The measurement was performed 6 times, and the average value was defined as the compressive strength after impact (CAI) (MPa).
<実施例1>
次の手法にて、プリプレグを作製した。
<Example 1>
A prepreg was produced by the following method.
(カーボンブラックマスターバッチの調合)
構成要素[B]に該当するエポキシ樹脂である“アラルダイト(登録商標)”GY282を80部に対し、構成要素[G]に該当するカーボンブラックである“Printex(登録商標)”Lを20部加えて軽く攪拌した後、3本ロールに6回通してカーボンブラックを分散させてカーボンブラックマスターバッチとした。該操作は室温環境下にて行った。
(Preparation of carbon black masterbatch)
Add 80 parts of “Araldite (registered trademark)” GY282, which is an epoxy resin corresponding to component [B], and 20 parts of “Printex (registered trademark)” L, which is carbon black corresponding to component [G]. After lightly stirring, the carbon black was dispersed by passing 6 times through 3 rolls to obtain a carbon black masterbatch. The operation was performed in a room temperature environment.
(1次樹脂の調合)
混練装置中に、表1−1に記載の構成要素[B](内、前記したカーボンブラックマスターバッチに含まれる分を除く)および構成要素[D]を投入し、160℃の温度まで昇温させ、160℃の温度で1時間加熱混練を行い、構成要素[D]成分を溶解させた。次いで60〜80℃の温度以下まで冷却して、予め準備したカーボンブラックマスターバッチ8部(内、カーボンブラック成分が1.6部)を加えて1時間攪拌した。
(Primary resin formulation)
Into the kneading apparatus, the constituent element [B] shown in Table 1-1 (excluding the part contained in the carbon black master batch described above) and the constituent element [D] were added, and the temperature was raised to a temperature of 160 ° C. The mixture was heated and kneaded for 1 hour at a temperature of 160 ° C. to dissolve the component [D]. Next, the mixture was cooled to a temperature of 60 to 80 ° C. or lower, 8 parts of a carbon black master batch prepared in advance (including 1.6 parts of the carbon black component) was added, and the mixture was stirred for 1 hour.
次いで、混錬を続けたまま55〜65℃の温度まで降温させ、表1−1に記載の構成要素[C]を加えて30分間撹拌し、エポキシ樹脂組成物の1次樹脂を得た。 Next, while continuing kneading, the temperature was lowered to a temperature of 55 to 65 ° C., the component [C] shown in Table 1-1 was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to obtain a primary resin of an epoxy resin composition.
得られた樹脂組成物について、前記した各種評価方法の「(3)構成要素[B]中の構成要素[G]であるカーボンブラックストラクチャーサイズの測定」に従い、構成要素[B]中の構成要素[G]であるカーボンブラックストラクチャーサイズを測定したところ180nmであった。 Regarding the obtained resin composition, in accordance with “(3) Measurement of carbon black structure size as component [G] in component [B]” in the various evaluation methods described above, the component in component [B] It was 180 nm when the carbon black structure size which is [G] was measured.
また、前記した各種評価方法の「(4)エポキシ樹脂組成物の粘度測定」に従って、粘度測定を行った結果、70℃の温度における粘度が31Pa・sであり、本発明の条件(I)を満たすものであった。 In addition, as a result of measuring the viscosity according to “(4) Viscosity measurement of epoxy resin composition” of the various evaluation methods described above, the viscosity at a temperature of 70 ° C. is 31 Pa · s, and the condition (I) of the present invention is It was something to satisfy.
(2次樹脂の調合)
混練装置中に、表1−1に記載の構成要素[B](内、前記したカーボンブラックマスターバッチに含まれる分を除く)および構成要素[D]を投入し、160℃の温度まで昇温させ、160℃の温度で1時間加熱混練を行い、構成要素[D]成分を溶解させた。次いで60〜80℃の温度以下まで冷却して、予め準備したカーボンブラックマスターバッチ8部(内、カーボンブラック成分が1.6部)を加えて1時間攪拌した。次いで、表1−1に記載の構成要素[E]を加えて30分間攪拌した後、表1−1に記載の構成要素[F]を加えて30分間攪拌した。混錬を続けたまま55〜65℃の温度まで降温させ、表1−1に記載している構成要素[C]を加えて30分間撹拌し、エポキシ樹脂組成物の2次樹脂を得た。
(Preparation of secondary resin)
Into the kneading apparatus, the constituent element [B] shown in Table 1-1 (excluding the part contained in the carbon black master batch described above) and the constituent element [D] were added, and the temperature was raised to a temperature of 160 ° C. The mixture was heated and kneaded for 1 hour at a temperature of 160 ° C. to dissolve the component [D]. Next, the mixture was cooled to a temperature of 60 to 80 ° C. or lower, 8 parts of a carbon black master batch prepared in advance (including 1.6 parts of the carbon black component) was added, and the mixture was stirred for 1 hour. Next, the component [E] shown in Table 1-1 was added and stirred for 30 minutes, and then the component [F] shown in Table 1-1 was added and stirred for 30 minutes. While continuing the kneading, the temperature was lowered to a temperature of 55 to 65 ° C., the component [C] described in Table 1-1 was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to obtain a secondary resin of an epoxy resin composition.
(プリプレグの作製)
前記にて得られた1次樹脂を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、樹脂目付が36.5g/m2の樹脂フィルム1を2枚作製した。同様に前記にて得られた2次樹脂を離型紙上に塗布して、樹脂目付が29g/m2の樹脂フィルム2を2枚作製した。
(Preparation of prepreg)
The primary resin obtained above was applied onto release paper using a knife coater to prepare two resin films 1 having a resin basis weight of 36.5 g / m 2 . Similarly, the secondary resin obtained above was applied onto release paper to produce two resin films 2 having a resin basis weight of 29 g / m 2 .
次に、繊維目付が268g/m2のシート状となるように一方向に配列させた構成要素[A]である炭素繊維に、得られた樹脂フィルム1を2枚、炭素繊維の両面から重ね、温度130℃、最大圧力1MPaの条件で加熱加圧してエポキシ樹脂組成物を含浸させ、プリプレグ前駆体を得た。 Next, two pieces of the obtained resin film 1 are stacked on both sides of the carbon fiber on the carbon fiber as the constituent element [A] arranged in one direction so as to form a sheet having a fiber basis weight of 268 g / m 2. The mixture was impregnated with an epoxy resin composition by heating and pressing under conditions of a temperature of 130 ° C. and a maximum pressure of 1 MPa to obtain a prepreg precursor.
得られたプリプレグ前駆体に、樹脂フィルム2を2枚プリプレグ前駆体の両面から重ね、温度130℃、最大圧力1MPaの条件で加熱加圧してプリプレグを得た。 Two prepreg precursors were laminated on the obtained prepreg precursor from both sides of the prepreg precursor, and heated and pressurized under conditions of a temperature of 130 ° C. and a maximum pressure of 1 MPa to obtain a prepreg.
得られたプリプレグを前記した各種評価方法の「(9)プリプレグ中の炭素繊維の体積含有率(Vf)測定」に従い、Vfを測定した結果、57体積%であり、構造用部材に適したものであった。 As a result of measuring Vf according to "(9) Measurement of volume content (Vf) of carbon fiber in prepreg" of the above-described various evaluation methods, the obtained prepreg was 57% by volume and was suitable for structural members. Met.
得られたプリプレグ中に占める構成要素[B]〜[G]の構成は次の通りである。
・構成要素[B];
“アラルダイト(登録商標)”MY721:55部、
“アラルダイト(登録商標)”GY282:10部、
GAN:35部、
・構成要素[C];
“セイカキュア(登録商標)”:42部、
・構成要素[D];
“VIRANTAGE(商標登録)”VW−10700RFP:20部、
・構成要素[E];
ナイロン12粒子SP−10:27部、
・構成要素[F];
導電性粒子B:1.7部、
・構成要素[G];
“Printex(登録商標)”L:1.6部
なお、構成要素[C]の配合量は、構成要素[B]に含まれるエポキシ基1つに対し、構成要素[C]に含まれる活性水素が0.9となる量である。
The configuration of the constituent elements [B] to [G] in the obtained prepreg is as follows.
-Component [B];
“Araldite (registered trademark)” MY721: 55 parts,
“Araldite (registered trademark)” GY282: 10 parts,
GAN: 35 parts
-Component [C];
“Seika Cure (registered trademark)”: 42 parts,
-Component [D];
“VIRANTAGE (registered trademark)” VW-10700RFP: 20 parts,
-Component [E];
Nylon 12 particles SP-10: 27 parts,
-Component [F];
Conductive particles B: 1.7 parts,
-Component [G];
“Printex (registered trademark)” L: 1.6 parts The amount of the constituent element [C] is the active hydrogen contained in the constituent element [C] with respect to one epoxy group contained in the constituent element [B]. Is an amount such that 0.9 is 0.9.
(プリプレグ特性の評価)
得られたプリプレグについて、プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの13%に相当する範囲の構成要素の評価を前記した各種評価方法の「(5)プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの13%に相当する範囲の構成要素の評価」に従い行った結果、構成要素[A]を含まなかった。また、プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの15%の深さの範囲に存在する構成要素[E]および[F]である各粒子の存在率を前記した各種評価方法の「(6)プリプレグの平均厚みの15%の深さの範囲に存在する構成要素[E]および[F]である各粒子の存在率評価に従い行った結果、構成要素[E]は構成要素[E]の全量に対し、95質量%であり、構成要素[F]は構成要素[F]の全量に対し、99質量%であった。
(Evaluation of prepreg characteristics)
About the obtained prepreg, the evaluation of the components in the range corresponding to 13% of the prepreg average thickness from the prepreg surface was made in the above-mentioned various evaluation methods “(5) Configuration in the range corresponding to 13% of the prepreg average thickness. As a result of performing according to the “element evaluation”, the component [A] was not included. In addition, “(6) Average thickness of prepreg” in the various evaluation methods described above was used to determine the abundance of each particle as the constituent elements [E] and [F] existing in a range of 15% of the prepreg average thickness from the prepreg surface. As a result of performing according to the abundance evaluation of each particle which is the constituent elements [E] and [F] existing in the depth range of 15%, the constituent element [E] is 95% of the total amount of the constituent element [E]. The component [F] was 99% by mass relative to the total amount of the component [F].
(繊維強化複合材料特性の評価)
得られたプリプレグを用い、前記した各種評価方法の「(10)繊維強化複合材料の導電性測定方法」および「(11)繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度(CAI)測定方法」に従い、繊維強化複合材料を作製して得られたパネルの厚み方向に対する導電性およびCAI測定を行った結果、厚み方向に対する体積固有抵抗値は6.7Ωcmと低く、CAIは315MPaと高い値であった。
(Evaluation of fiber reinforced composite material properties)
Using the obtained prepreg, fibers according to “(10) Method for measuring conductivity of fiber-reinforced composite material” and “(11) Method for measuring compressive strength after impact (CAI) of fiber-reinforced composite material” of the various evaluation methods described above As a result of conducting electrical conductivity and CAI measurement in the thickness direction of the panel obtained by producing the reinforced composite material, the volume resistivity value in the thickness direction was as low as 6.7 Ωcm, and the CAI was as high as 315 MPa.
<実施例2〜38>
表1−1〜1−9に示すように組成を変更した以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物である1次樹脂、2次樹脂を作製し、2段含浸ホットメルト法にてプリプレグを得た後、繊維強化複合材料を作製して各種測定を行った。
<Examples 2-38>
A primary resin and a secondary resin, which are epoxy resin compositions, were prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition was changed as shown in Tables 1-1 to 1-9, and a prepreg was prepared by a two-stage impregnation hot melt method. Then, a fiber reinforced composite material was produced and various measurements were performed.
また、実施例10、11、23、24および29は構成要素[A]の目付を194g/m2に、実施例12、13、25、26および30は構成要素[A]の目付を134g/m2に変更した。 In Examples 10, 11, 23, 24 and 29, the basis weight of the component [A] is 194 g / m 2 , and in Examples 12, 13, 25, 26 and 30, the basis weight of the component [A] is 134 g / m 2. It was changed to m 2.
各種測定の結果は表1−1〜1−9に示す通りであり、実施例2〜38のように材料や配合比を所定の範囲内で変動させても樹脂特性、プリプレグ特性に問題はなく、優れた導電性と耐衝撃性を有する繊維強化複合材料が得られた。 The results of various measurements are as shown in Tables 1-1 to 1-9, and there is no problem in resin characteristics and prepreg characteristics even if the materials and blending ratio are varied within a predetermined range as in Examples 2-38. A fiber reinforced composite material having excellent electrical conductivity and impact resistance was obtained.
また、実施例10−13、23−26、29、30のように構成要素[A]の目付を変動させても、得られた繊維強化複合材料は優れた導電性を示した。 Further, even when the basis weight of the component [A] was varied as in Examples 10-13, 23-26, 29, and 30, the obtained fiber-reinforced composite material showed excellent conductivity.
実施例37、38のように、混練時間を制御して構成要素[B]中における構成要素[G]のストラクチャーサイズを変えても、得られた繊維強化複合材料は優れた導電性と耐衝撃性を示した。 As in Examples 37 and 38, even when the kneading time was controlled to change the structure size of the component [G] in the component [B], the obtained fiber-reinforced composite material had excellent conductivity and impact resistance. Showed sex.
<比較例1〜11>
表2−1〜2−3に示すように組成を変更した以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物である1次樹脂、2次樹脂を作製し、2段含浸ホットメルト法にてプリプレグを得た後、繊維強化複合材料を作製して各種測定を行った。
<Comparative Examples 1-11>
A primary resin and a secondary resin, which are epoxy resin compositions, were prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition was changed as shown in Tables 2-1 to 2-3. A prepreg was prepared by a two-stage impregnation hot melt method. Then, a fiber reinforced composite material was produced and various measurements were performed.
なお、比較例1および2では、構成要素[G]であるカーボンブラックを配合しないため、カーボンブラックマスターバッチは作製せず、カーボンブラックストラクチャーの粒度分布測定も行わなかった。 In Comparative Examples 1 and 2, carbon black, which is the constituent element [G], was not blended, so a carbon black masterbatch was not produced, and the particle size distribution measurement of the carbon black structure was not performed.
また、比較例3および4は、実施例31と同じカーボンブラックマスターバッチを用いた。 In Comparative Examples 3 and 4, the same carbon black masterbatch as in Example 31 was used.
さらに、比較例6〜7は実施例10〜13と同様に構成要素[A]の目付を194g/m2および134g/m2に変更した。 Further, Comparative Example 6-7 was changed weight of the same configuration elements as in Example 10 to 13 [A] in 194 g / m 2 and 134 g / m 2.
実施例1と比較例1を比べると、比較例1は繊維強化複合材料の厚み方向の導電性に寄与する構成要素[F]および[G]が配合されていないため、得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が高いことが分かる。 Comparing Example 1 and Comparative Example 1, since Comparative Example 1 does not contain the components [F] and [G] that contribute to the conductivity in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material, the resulting fiber-reinforced composite material It can be seen that the volume resistivity value in the thickness direction is high.
比較例2および3は構成要素[F]および[G]のどちらか1つしか配合していないため、比較例1に比べて、得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が小さくなっているが不十分であり、実施例2および5と対比させると構成要素[F]および[G]をいずれも配合することで導電性が向上していることが分かる。 Since Comparative Examples 2 and 3 contain only one of the constituent elements [F] and [G], the volume specific resistance value in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material obtained is smaller than that of Comparative Example 1. However, it is inadequate, and when compared with Examples 2 and 5, it can be seen that the conductivity is improved by blending both the constituent elements [F] and [G].
比較例4は構成要素[E]が未配合であるため、実施例3と比べて、得られた繊維強化複合材料のCAIが低いことが分かる。 In Comparative Example 4, since the component [E] is not blended, it can be seen that the obtained fiber-reinforced composite material has a lower CAI than Example 3.
比較例5〜7は構成要素[F]の粒径が本発明で規定している範囲から外れた材料を使用しているため、例えば、実施例3、11、13と対比させると導電性に劣っていることが分かる。 Since Comparative Examples 5 to 7 use a material in which the particle size of the component [F] is out of the range defined in the present invention, for example, when compared with Examples 3, 11, and 13, the conductivity is increased. It turns out that it is inferior.
比較例10および11は構成要素[G]であるカーボンブラックの構成要素[B]中でのストラクチャーサイズが本発明で規定した範囲を外れているため、ストラクチャーサイズが小さい場合は得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が高く、ストラクチャーサイズが大きい場合は1次樹脂の粘度が高くなり、構成要素[A]への含浸性が悪くなるため、得られる繊維強化複合材料のCAIが低くなることが分かる。 In Comparative Examples 10 and 11, since the structure size in the component [B] of the carbon black that is the component [G] is outside the range defined in the present invention, the fiber-reinforced composite obtained when the structure size is small When the volume resistivity value with respect to the thickness direction of the material is high and the structure size is large, the viscosity of the primary resin becomes high and the impregnation property to the component [A] becomes poor. It turns out that it becomes low.
<比較例12>
表2−3に示すように、比較例5と同様の1次樹脂を用い、次の1段含浸ホットメルト法にてプリプレグを作製した。
<Comparative Example 12>
As shown in Table 2-3, using the same primary resin as in Comparative Example 5, a prepreg was produced by the following one-stage impregnation hot melt method.
(プリプレグの作製)
比較例5で得られた1次樹脂を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、樹脂目付が65.5g/m2の樹脂フィルム1を2枚作製した。
(Preparation of prepreg)
The primary resin obtained in Comparative Example 5 was applied onto release paper using a knife coater to produce two resin films 1 having a resin basis weight of 65.5 g / m 2 .
次に、繊維目付が268g/m2のシート状となるように一方向に配列させた構成要素[A]である炭素繊維に、得られた樹脂フィルム1を2枚、炭素繊維の両面から重ね、温度130℃、最大圧力1MPaの条件で加熱加圧してエポキシ樹脂組成物を含浸させ、Vfが52体積%のプリプレグを得た。 Next, two pieces of the obtained resin film 1 are stacked on both sides of the carbon fiber on the carbon fiber as the constituent element [A] arranged in one direction so as to form a sheet having a fiber basis weight of 268 g / m 2. The mixture was impregnated with an epoxy resin composition by heating and pressing under conditions of a temperature of 130 ° C. and a maximum pressure of 1 MPa to obtain a prepreg having a Vf of 52% by volume.
(プリプレグ特性の評価)
得られたプリプレグについて、実施例1と同様に評価した結果、プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの13%に相当する範囲に構成要素[A]を含んでいた。また、プリプレグ表面からプリプレグ平均厚みの15%の深さの範囲に存在する構成要素[E]および[F]は未配合のため0質量%であった。
(Evaluation of prepreg characteristics)
The obtained prepreg was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the constituent element [A] was included in a range corresponding to 13% of the prepreg average thickness from the prepreg surface. Further, the constituent elements [E] and [F] existing in the range of 15% of the prepreg average thickness from the prepreg surface were 0% by mass because they were not blended.
(繊維強化複合材料特性の評価)
比較例1と同様に繊維強化複合材料を作製して得られたパネルの厚み方向に対する導電性およびCAI測定を行った結果、厚み方向に対する体積固有抵抗値は1300Ωcmと高く、CAIは152MPaと低かった。
(Evaluation of fiber reinforced composite material properties)
As a result of conducting conductivity and CAI measurement in the thickness direction of the panel obtained by producing a fiber-reinforced composite material in the same manner as in Comparative Example 1, the volume specific resistance value in the thickness direction was as high as 1300 Ωcm, and the CAI was as low as 152 MPa. .
<比較例13〜23>
表2−4〜2−6に示すように組成を変更した以外は実施例14と同様にエポキシ樹脂組成物である1次樹脂、2次樹脂を作製し、2段含浸ホットメルト法にてプリプレグを得た後、繊維強化複合材料を作製して各種測定を行った。
<Comparative Examples 13-23>
Except for changing the composition as shown in Tables 2-4 to 2-6, a primary resin and a secondary resin as an epoxy resin composition were prepared in the same manner as in Example 14, and a prepreg was prepared by a two-stage impregnation hot melt method. Then, a fiber reinforced composite material was produced and various measurements were performed.
なお、比較例13および14では、構成要素[G]であるカーボンブラックを配合しないため、カーボンブラックマスターバッチは作製せず、カーボンブラックストラクチャーの粒度分布測定も行わなかった。 In Comparative Examples 13 and 14, since carbon black as the constituent element [G] was not blended, a carbon black masterbatch was not produced, and the particle size distribution measurement of the carbon black structure was not performed.
また、比較例15および16は、実施例31と同じカーボンブラックマスターバッチを用いた。 In Comparative Examples 15 and 16, the same carbon black masterbatch as in Example 31 was used.
さらに、比較例18、19は実施例23〜26、29、30と同様に構成要素[A]の目付を194g/m2および134g/m2に変更した。 Further, Comparative Examples 18 and 19 were changed weight of the same configuration elements as Example 23~26,29,30 [A] in 194 g / m 2 and 134 g / m 2.
実施例14と比較例13を比べると、比較例13は繊維強化複合材料の厚み方向の導電性に寄与する構成要素[F]および[G]が配合されていないため、得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が高いことが分かる。 Comparing Example 14 and Comparative Example 13, since Comparative Example 13 does not contain the components [F] and [G] that contribute to the conductivity in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material, the resulting fiber-reinforced composite material It can be seen that the volume resistivity value in the thickness direction is high.
比較例14および15は構成要素[F]および[G]のどちらか1つしか配合していないため、比較例13に比べて、得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が小さくなっているが不十分であり、実施例15および17と対比させると構成要素[F]および[G]をいずれも配合することで導電性が向上していることが分かる。 Since Comparative Examples 14 and 15 contain only one of the constituent elements [F] and [G], the volume specific resistance value in the thickness direction of the fiber-reinforced composite material obtained is smaller than that of Comparative Example 13. However, it is inadequate, and when compared with Examples 15 and 17, it can be seen that the conductivity is improved by blending both the constituent elements [F] and [G].
比較例16は構成要素[E]が未配合であるため、実施例16と比べて、得られた繊維強化複合材料のCAIが低いことが分かる。 Since Comparative Example 16 contains no component [E], it can be seen that the obtained fiber-reinforced composite material has a lower CAI than Example 16.
比較例17〜19は構成要素[F]の粒径が本発明で規定している範囲から外れた材料を使用しているため、例えば、実施例16、24、26と対比させると導電性に劣っていることが分かる。 Since Comparative Examples 17 to 19 use a material in which the particle size of the component [F] is outside the range defined in the present invention, for example, when compared with Examples 16, 24, and 26, the conductivity is increased. It turns out that it is inferior.
比較例20および21は構成要素[G]であるカーボンブラックの構成要素[B]中でのストラクチャーサイズが本発明で規定した範囲を外れているため、ストラクチャーサイズが小さい場合は得られる繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が高く、ストラクチャーサイズが大きい場合は1次樹脂の粘度が高くなり、構成要素[A]への含浸性が悪くなるため、得られる繊維強化複合材料のCAIが低くなることが分かる。 In Comparative Examples 20 and 21, since the structure size in the component [B] of the carbon black that is the component [G] is outside the range defined in the present invention, the fiber-reinforced composite obtained when the structure size is small When the volume resistivity value with respect to the thickness direction of the material is high and the structure size is large, the viscosity of the primary resin becomes high and the impregnation property to the component [A] becomes poor. It turns out that it becomes low.
比較例22は構成要素[G]であるカーボンブラックの配合量が本発明で規定している範囲よりも多いため、カーボンブラックの分散性が低下し、構成要素[B]中でのストラクチャーサイズが大きくなり、得られる複合材料のCAIが低くなる。 In Comparative Example 22, since the blending amount of the carbon black as the constituent element [G] is larger than the range specified in the present invention, the dispersibility of the carbon black is lowered, and the structure size in the constituent element [B] is reduced. Increased, resulting in lower CAI of the composite material.
比較例23は構成要素[G]であるカーボンブラックの配合量が本発明で規定している範囲よりも少ないため、繊維強化複合材料の厚み方向に対する体積固有抵抗値が高くなる。 In Comparative Example 23, since the blending amount of the carbon black as the constituent element [G] is less than the range defined in the present invention, the volume specific resistance value in the thickness direction of the fiber reinforced composite material is increased.
<比較例24>
表2−6に示すように、比較例5と同様の1次樹脂を用い、比較例12と同様の1段含浸ホットメルト法にてプリプレグを作製した。
<Comparative Example 24>
As shown in Table 2-6, the same primary resin as in Comparative Example 5 was used, and a prepreg was produced by the same one-stage impregnation hot melt method as in Comparative Example 12.
比較例1と同様に繊維強化複合材料を作製して得られたパネルの厚み方向に対する導電性およびCAI測定を行った結果、厚み方向に対する体積固有抵抗値は1300Ωcmと高く、CAIは152MPaと低かった。 As a result of conducting conductivity and CAI measurement in the thickness direction of the panel obtained by producing a fiber-reinforced composite material in the same manner as in Comparative Example 1, the volume specific resistance value in the thickness direction was as high as 1300 Ωcm, and the CAI was as low as 152 MPa. .
<比較例25>
表2−7に示すように組成を変更した以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物である1次樹脂、2次樹脂を作製し、2段含浸ホットメルト法にてプリプレグを得た後、繊維強化複合材料を作製して各種測定を行った。
<Comparative Example 25>
After preparing the primary resin and secondary resin which are epoxy resin compositions similarly to Example 1 except having changed the composition as shown in Table 2-7, and obtaining the prepreg by the two-stage impregnation hot melt method Then, a fiber-reinforced composite material was produced and various measurements were performed.
比較例25は、実施例1−21に比べてCAIは低下し、体積固有抵抗も大きくなっている。これは、構成要素[B]の一部と構成要素[G]からなるマスターバッチの配合比において構成要素[G]の比率が高くなると、構成要素[G]を構成要素[B]中で分散させることが難しくなり、マスターバッチの粘度は増加し、また、構成要素[G]のストラクチャーサイズも大きくなった。その結果、構成要素[A]への含浸性が悪くなるため、得られる繊維強化複合材料のCAI、導電性が低くなったと考えられる。 In Comparative Example 25, the CAI is decreased and the volume resistivity is increased as compared with Example 1-21. This is because the component [G] is dispersed in the component [B] when the ratio of the component [G] increases in the mixing ratio of the master batch composed of a part of the component [B] and the component [G]. The viscosity of the master batch increased and the structure size of the component [G] also increased. As a result, since the impregnation property to the component [A] is deteriorated, it is considered that the CAI and conductivity of the obtained fiber-reinforced composite material are lowered.
Claims (13)
[A]:炭素繊維
[B]:1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂
[C]:芳香族アミン化合物
[D]:ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂
[E]:1次粒子の数平均粒径が5〜50μmである、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子
[F]:1次粒子の数平均粒径が次式(1)の範囲である導電性粒子
[(F×0.12)−3]≦Psize≦[(F×0.12)+3]・・・・・・・・・・式(1)
Psize:構成要素[F]である導電性粒子の1次粒子の数平均粒径(μm)
F:プリプレグ中の構成要素[A]の目付(g/m2)
[G]:1次粒子の数平均粒径が10〜50nmであり、構成要素[B]中において、1次粒子が複数個結合したストラクチャーの大きさが100〜500nmであるカーボンブラック
条件(I):構成要素[B]中のエポキシ基数と構成要素[C]中の活性水素数の比が1:l(0.7≦l≦1.3)の配合量である構成要素[C]、構成要素[B]100質量部に対してm質量部(5≦m≦40)の配合量の構成要素[D]、および構成要素[B]100質量部に対してn質量部(1≦n≦5)の配合量の構成要素[G]を含む、構成要素[B]、[C]、[D]および[G]からなる樹脂組成物の70℃の温度における粘度が10〜500Pa・sとなる、l、m、nが存在すること A prepreg including the following constituent elements [A] to [G], wherein a range corresponding to an average thickness of 13% of the prepreg from the surface of the prepreg is configured by the constituent elements [B] to [G]. E] and [F] of 85% by mass or more of each are present in a range corresponding to 15% of the average thickness of the prepreg from the surface of the prepreg, and the components [B] to [D] and [ G] satisfies the following condition (I).
[A]: Carbon fiber [B]: Epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule [C]: Aromatic amine compound [D]: Thermoplastic resin composed of a polyaryl ether skeleton [E] Particles having a number average particle size of primary particles of 5 to 50 μm and having thermoplastic resin as a main component [F]: Conductive particles having a number average particle size of primary particles in the range of the following formula (1) [(F × 0.12) −3] ≦ P size ≦ [(F × 0.12) +3] (1)
P size : number average particle size (μm) of primary particles of conductive particles as constituent element [F]
F: Weight of component [A] in prepreg (g / m 2 )
[G]: Carbon black in which the number average particle diameter of primary particles is 10 to 50 nm, and the size of the structure in which a plurality of primary particles are combined in the constituent element [B] is 100 to 500 nm. ): Component [C] in which the ratio of the number of epoxy groups in component [B] to the number of active hydrogens in component [C] is 1: 1 (0.7 ≦ l ≦ 1.3), Component [D] with a blending amount of m parts by mass (5 ≦ m ≦ 40) with respect to 100 parts by mass of component [B], and n parts by mass (1 ≦ n with respect to 100 parts by mass of component [B] The viscosity at a temperature of 70 ° C. of the resin composition composed of the constituent elements [B], [C], [D] and [G] including the constituent element [G] having a blending amount of ≦ 5) is 10 to 500 Pa · s. L, m, n must exist
Volume resistivity is not more than 10 .OMEGA.cm, fiber-reinforced composite material with respect to the thickness direction of the fiber-reinforced composite material obtained by heat curing the prepreg according to any one of claims 1 to 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013266512A JP6213225B2 (en) | 2012-12-26 | 2013-12-25 | Prepreg and fiber reinforced composites |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012282119 | 2012-12-26 | ||
JP2012282119 | 2012-12-26 | ||
JP2013266512A JP6213225B2 (en) | 2012-12-26 | 2013-12-25 | Prepreg and fiber reinforced composites |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014141656A JP2014141656A (en) | 2014-08-07 |
JP2014141656A5 JP2014141656A5 (en) | 2017-01-12 |
JP6213225B2 true JP6213225B2 (en) | 2017-10-18 |
Family
ID=51423210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013266512A Active JP6213225B2 (en) | 2012-12-26 | 2013-12-25 | Prepreg and fiber reinforced composites |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6213225B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10597503B2 (en) | 2014-03-24 | 2020-03-24 | Toray Industries, Inc. | Prepreg and fiber reinforced composite material |
CN106700032B (en) * | 2015-11-13 | 2019-03-19 | 上纬企业股份有限公司 | Branch-like thermoplastic composite and preparation method thereof |
TWI603837B (en) * | 2015-11-13 | 2017-11-01 | Swancor Industrial Co Ltd | Branch composite material and its preparation method |
WO2019098243A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-23 | 東レ株式会社 | Prepreg and fiber reinforced composite material |
US11820858B2 (en) | 2017-12-01 | 2023-11-21 | Teijin Limited | Prepreg, method for producing same, and method for producing fiber-reinforced composite material |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006049139A1 (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-11 | Lion Corporation | Electroconductive masterbatch and resin composition including the same |
US20110130059A1 (en) * | 2006-03-24 | 2011-06-02 | Toho Tenax Co, Ltd. | Fiber-reinforced prepreg and composite material obtained therefrom |
JP5359125B2 (en) * | 2007-08-29 | 2013-12-04 | 東レ株式会社 | Prepreg and carbon fiber reinforced composites |
DE102008031360A1 (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-14 | K+S Ag | A method for producing curable compositions comprising coarse and / or nanoscale, coated, deagglomerated and preferably functionalized magnesium hydroxide particles, and of cured thermoplastic or thermosetting polymers or composites comprising deagglomerated and homogeneously distributed Magnesiumhydroxidfüllstoffpartikel |
-
2013
- 2013-12-25 JP JP2013266512A patent/JP6213225B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014141656A (en) | 2014-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5900327B2 (en) | Prepreg, prepreg manufacturing method and carbon fiber reinforced composite material manufacturing method | |
JP5831668B1 (en) | Prepreg and fiber reinforced composites | |
JP5541394B2 (en) | Prepreg and carbon fiber reinforced composites | |
CN105164192B (en) | Prepreg and its manufacturing method | |
EP3197674B1 (en) | Composite materials with high z-direction electrical conductivity | |
EP3080196B1 (en) | Composite materials with electrically conductive and delamination resistant properties | |
JP6519492B2 (en) | Prepreg and fiber reinforced composite materials | |
JP6213225B2 (en) | Prepreg and fiber reinforced composites | |
JP5359125B2 (en) | Prepreg and carbon fiber reinforced composites | |
JP6210007B2 (en) | Prepreg, method for producing the same, and carbon fiber reinforced composite material | |
JP2011213991A (en) | Carbon fiber-reinforced composite material | |
KR20200080225A (en) | Prepreg and fiber reinforced composite material | |
JP2013173812A (en) | Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material | |
EP4286461A1 (en) | Prepreg | |
JP2012144708A (en) | Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material | |
WO2022004586A1 (en) | Fiber-reinforced composite material and method for producing prepreg | |
JP6308146B2 (en) | Resin film and method for producing the same | |
JP2013067750A (en) | Prepreg and carbon-fiber reinforced composite material | |
WO2023190319A1 (en) | Carbon fiber reinforced composite material and prepreg |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161125 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170809 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170822 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170904 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6213225 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |