JP6471377B2 - Prepreg laminate - Google Patents
Prepreg laminate Download PDFInfo
- Publication number
- JP6471377B2 JP6471377B2 JP2014126790A JP2014126790A JP6471377B2 JP 6471377 B2 JP6471377 B2 JP 6471377B2 JP 2014126790 A JP2014126790 A JP 2014126790A JP 2014126790 A JP2014126790 A JP 2014126790A JP 6471377 B2 JP6471377 B2 JP 6471377B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prepreg
- resin
- nanofiber
- fiber
- prepreg laminate
- 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
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 64
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 51
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 45
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 claims description 27
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 26
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 26
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 20
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 20
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 13
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 claims description 4
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 6
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 5
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 5
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- FVCSARBUZVPSQF-UHFFFAOYSA-N 5-(2,4-dioxooxolan-3-yl)-7-methyl-3a,4,5,7a-tetrahydro-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1C(C(OC2=O)=O)C2C(C)=CC1C1C(=O)COC1=O FVCSARBUZVPSQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 2
- NTXGQCSETZTARF-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;prop-2-enenitrile Chemical compound C=CC=C.C=CC#N NTXGQCSETZTARF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzoxazole Chemical compound C1=CC=C2OC=NC2=C1 BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001644 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- NLZUEZXRPGMBCV-UHFFFAOYSA-N Butylhydroxytoluene Chemical compound CC1=CC(C(C)(C)C)=C(O)C(C(C)(C)C)=C1 NLZUEZXRPGMBCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 235000010354 butylated hydroxytoluene Nutrition 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- MJSNUBOCVAKFIJ-LNTINUHCSA-N chromium;(z)-4-oxoniumylidenepent-2-en-2-olate Chemical compound [Cr].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O MJSNUBOCVAKFIJ-LNTINUHCSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 229920006241 epoxy vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
本発明は、プリプレグ積層体に関し、詳しくは、プリプレグがその厚み方向に積層されてなる積層体に関する。 The present invention relates to a prepreg laminate, and more particularly to a laminate in which prepregs are laminated in the thickness direction.
従来、エポキシ樹脂などを母材樹脂とし、炭素繊維などの補強繊維を強化材とする繊維強化複合材料が知られており、軽量でありながら高い強度を有する材料として、様々な分野での応用が期待されている。
このような繊維強化複合材料としては、母材樹脂を補強繊維で強化した繊維強化複合材料において、さらに、母材樹脂中にミクロフィブリルセルロース（セルロースナノファイバー）を分散させたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、プリプレグを薄くすることによって微小なクラッキングの成長を防ぐ効果があることが知られており、例えば、繊維強化複合材料の強化材に利用できるものとして、マルチフィラメントの構成フィラメントが、吸引気流の通過によって幅方向に解き分けられて平行的に整列していることを特徴とするマルチフィラメントの開繊シートが提案されている（特許文献２参照）。
Conventionally, fiber reinforced composite materials using epoxy resin as a base resin and reinforcing fibers such as carbon fiber as a reinforcing material are known, and can be applied in various fields as materials that are lightweight but have high strength. Expected.
As such a fiber reinforced composite material, there is also known a fiber reinforced composite material obtained by reinforcing a base resin with a reinforcing fiber, in which microfibril cellulose (cellulose nanofiber) is further dispersed in the base material resin. (For example, refer to Patent Document 1).
In addition, it is known that thinning the prepreg has the effect of preventing the growth of minute cracks. For example, the multifilament constituent filaments can be used as a reinforcing material for fiber-reinforced composite materials. A multifilament spread sheet characterized by being separated in the width direction by passage and aligned in parallel has been proposed (see Patent Document 2).
本発明は、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなるプリプレグがその厚み方向に積層されてなるプリプレグ積層体として、ナノファイバーの添加効果が十分に発揮されたプリプレグ積層体を提供することを目的としている。 The present invention relates to a prepreg laminate in which a prepreg comprising a reinforcing fiber having a fiber direction oriented in one direction and a matrix resin composition containing nanofibers dispersed in the matrix resin is laminated in the thickness direction. An object of the present invention is to provide a prepreg laminate in which the effect of adding nanofibers is sufficiently exhibited.
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行い、プリプレグ積層体の積層構造によってナノファイバーの添加効果に影響を与えることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted intensive studies and found that the effect of adding nanofibers is influenced by the laminated structure of the prepreg laminate, and has completed the present invention.
すなわち、本発明にかかるプリプレグ積層体は、プリプレグがその厚み方向に積層されてなるプリプレグ積層体であって、前記プリプレグは、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなり、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられており、前記ナノファイバーが、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー及びガラスナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも１種である、ことを特徴とする。 That is, the prepreg laminate according to the present invention is a prepreg laminate in which prepregs are laminated in the thickness direction, and the prepreg is composed of a reinforcing fiber having a fiber direction oriented in one direction and a base resin. It is composed of a matrix resin composition containing nanofibers in a dispersed state, and a plurality of ply groups in which a plurality of prepregs are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers coincide with each other are laminated in the thickness direction. Adjacent ply groups are provided so that the fiber orientation directions intersect, and the nanofibers are cellulose nanofibers, polyvinyl alcohol resin nanofibers, polyethylene terephthalate resin nanofibers, polyamide resin nanofibers and glass nanofibers. it is at least one selected from the group consisting of fibers, this The features.
本発明によれば、ナノファイバーの添加効果の発揮により、引張強度が向上したプリプレグ積層体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the prepreg laminated body which tensile strength improved by exhibiting the addition effect of nanofiber can be provided.
以下、本発明にかかるプリプレグ積層体の好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。 Hereinafter, preferred embodiments of the prepreg laminate according to the present invention will be described in detail. However, the scope of the present invention is not limited to these descriptions, and the scope of the present invention is not impaired except for the following examples. And can be changed as appropriate.
本発明のプリプレグ積層体はプリプレグがその厚み方向に積層されてなるものである。
そして、前記プリプレグは、補強繊維と母材樹脂組成物とからなる。
The prepreg laminate of the present invention is formed by laminating prepregs in the thickness direction.
The prepreg is composed of reinforcing fibers and a matrix resin composition.
〔補強繊維〕
前記補強繊維としては、特に限定するわけではないが、例えば、炭素繊維（ＰＡＮ系、ピッチ系など）、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ繊維（ポリルーブパラフェニレンベンズオキサゾール）などが挙げられる。また、植物繊維（竹繊維、麻系繊維など）や動物繊維（ウールなど）等の天然繊維（天然由来の繊維も含む）も挙げられる。
中でも、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などが好ましく挙げられる。
[Reinforcing fiber]
The reinforcing fiber is not particularly limited. For example, carbon fiber (PAN type, pitch type, etc.), glass fiber, ceramic fiber, aramid fiber, polyethylene fiber, polyarylate fiber, PBO fiber (polylube paraphenylene) Benzoxazole) and the like. Moreover, natural fibers (including naturally derived fibers) such as plant fibers (bamboo fibers, hemp fibers, etc.) and animal fibers (wool, etc.) are also included.
Among these, carbon fiber, aramid fiber, glass fiber and the like are preferable.
前記補強繊維としては、繊維方向が一方向に配向しているものを用いる。プリプレグとの関係では、繊維方向が、プリプレグの厚み方向に対して直交する１つの方向に配向することとなる。
繊維方向が一方向に配向した補強繊維としては、トウが開繊されてなるものを用いることが有効であり、特に限定するわけではないが、例えば、特開２０００−８２６１号公報に記載の開繊シート、すなわち、「マルチフィラメントの構成フィラメントが、吸引気流の通過によって幅方向に解き分けられて平行的に整列していることを特徴とするマルチフィラメントの開繊シート」を用いることができる。
プリプレグにおける補強繊維の体積分率は、例えば、３０〜６５％であることが好ましい。
As the reinforcing fiber, one having a fiber direction oriented in one direction is used. In relation to the prepreg, the fiber direction is oriented in one direction orthogonal to the thickness direction of the prepreg.
As the reinforcing fiber in which the fiber direction is oriented in one direction, it is effective to use a fiber obtained by opening a tow, and although not particularly limited, for example, the opening described in JP-A-2000-8261 is used. A fiber sheet, that is, a “multifilament spread sheet characterized in that the multifilament constituent filaments are separated in the width direction by passage of a suction airflow and aligned in parallel” can be used.
The volume fraction of reinforcing fibers in the prepreg is preferably, for example, 30 to 65%.
〔母材樹脂組成物〕
前記母材樹脂組成物は、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含むものである。なお、本発明の効果を害しない範囲であれば、母材樹脂及びナノファイバー以外の成分を含有していても構わない。
[Matrix resin composition]
The base material resin composition contains nanofibers dispersed in a base material resin. In addition, as long as the effect of this invention is not impaired, you may contain components other than base material resin and a nanofiber.
＜母材樹脂＞
前記母材樹脂としては、特に限定するわけではないが、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、メチルメタアクリレートなどの熱可塑性樹脂も挙げられる。
中でも、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂などが好ましい。ビニルエステル樹脂は粘度が低く、強度、耐薬品性が高い。また硬化も速い為、高性能な繊維強化複合材料を効率良く製造することができる。また、エポキシ樹脂は他の樹脂に比べて接着性能および弾性率が高い。繊維強化複合材料において繊維と繊維を強固に保持し、応力を良好に伝達することができるエポキシ樹脂が特に好ましい。
<Base material resin>
The base material resin is not particularly limited, and examples thereof include thermosetting resins such as unsaturated polyester, epoxy resin, polyamide resin, and phenol resin. Moreover, thermoplastic resins, such as methyl methacrylate, are also mentioned.
Of these, epoxy resins and vinyl ester resins are preferred. Vinyl ester resins have low viscosity, high strength and chemical resistance. Moreover, since the curing is fast, a high-performance fiber-reinforced composite material can be produced efficiently. Epoxy resins have higher adhesion performance and elastic modulus than other resins. In the fiber reinforced composite material, an epoxy resin that can firmly hold the fiber and transmit stress well is particularly preferable.
エポキシ樹脂としては、１液型と２液型の別を問わず種々のタイプを使用することができる。また、使用可能なエポキシ樹脂には、ビニルエステル系など各種変性エポキシも含まれ、例えば、ＡＴＢＮ（アミン末端ブタジエン−アクリロニトリルゴム）やＣＴＢＮ（カルボン酸末端ブタジエン−アクリロニトリルゴム）などのゴム微粒子や、熱可塑性微粒子（ナイロン系など）により変性されたエポキシ樹脂も含まれる。この場合、母材樹脂としてのエポキシ樹脂中には後述のナノファイバーに加えてゴム微粒子が分散した形態となる。 Various types of epoxy resins can be used regardless of whether they are one-pack type or two-pack type. Usable epoxy resins also include various modified epoxies such as vinyl ester, such as rubber fine particles such as ATBN (amine-terminated butadiene-acrylonitrile rubber) and CTBN (carboxylic acid-terminated butadiene-acrylonitrile rubber), heat Epoxy resins modified with plastic fine particles (such as nylon) are also included. In this case, in the epoxy resin as the base material resin, rubber particles are dispersed in addition to the nanofiber described later.
＜ナノファイバー＞
前記ナノファイバーとしては、特に限定するわけではないが、例えば、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー、ガラスナノファイバーなどが挙げられる。好ましくは、セルロースナノファイバーである。
<Nanofiber>
Although it does not necessarily limit as said nanofiber, For example, a cellulose nanofiber, a polyvinyl alcohol resin nanofiber, a polyethylene terephthalate resin nanofiber, a polyamide resin nanofiber, a glass nanofiber etc. are mentioned. A cellulose nanofiber is preferable.
ナノファイバーの平均繊維径としては、特に限定するわけではないが、１〜１０００ｎｍが好ましく、１０〜５００ｎｍがより好ましく、１００〜３００ｎｍが更に好ましい。ナノファイバーの平均繊維径が１ｎｍ未満では、母材樹脂組成物にナノファイバーを添加した場合、母材樹脂組成物の粘度が著しく増加し、ナノファイバーの均一分散が難しくなる。また平均繊維径が１０００ｎｍを超えると、母材樹脂組成物の物理的変性効果が十分に発揮されないおそれがある。 Although it does not necessarily limit as an average fiber diameter of a nanofiber, 1-1000 nm is preferable, 10-500 nm is more preferable, and 100-300 nm is still more preferable. When the average fiber diameter of the nanofiber is less than 1 nm, when the nanofiber is added to the matrix resin composition, the viscosity of the matrix resin composition is remarkably increased, and uniform dispersion of the nanofiber becomes difficult. If the average fiber diameter exceeds 1000 nm, the physical modification effect of the matrix resin composition may not be sufficiently exhibited.
また、ナノファイバーの繊維長としては、特に限定するわけではないが、例えば、アスペクト比が１０〜２００となる長さであることが好ましい。１０未満では母材樹脂組成物中でき裂が発生する欠陥源となるおそれがあり、２００を超えると母材樹脂組成物中でのナノファイバーの均一分散が難しいだけでなく、ナノファイバー同士が絡み合い、ダマとなるおそれがある。 In addition, the fiber length of the nanofiber is not particularly limited, but for example, it is preferable that the aspect ratio is 10 to 200. If it is less than 10, there is a risk of causing a crack in the matrix resin composition. If it exceeds 200, it is difficult not only to uniformly disperse the nanofibers in the matrix resin composition, but also the nanofibers are entangled with each other. , There is a risk of becoming a damn.
また、プリプレグにおけるナノファイバーの体積分率は０．０１〜２％であることが好ましい。０．０１％未満では母材樹脂組成物の物理的変性効果が十分発揮されないおそれがあり、２％を超えると成形品の耐久性が低下するおそれがある。 Moreover, it is preferable that the volume fraction of the nanofiber in a prepreg is 0.01 to 2%. If it is less than 0.01%, the physical modification effect of the matrix resin composition may not be sufficiently exhibited, and if it exceeds 2%, the durability of the molded product may be lowered.
〔プリプレグ積層体〕
本発明のプリプレグ積層体は、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられているものである。
[Prepreg laminate]
In the prepreg laminate of the present invention, a plurality of ply groups in which a plurality of prepregs are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers are made to coincide with each other, and ply groups adjacent to each other in the thickness direction are the fibers Are provided so that their orientation directions intersect.
ひとつのプライ群の繊維の配向方向が、そのプライ群と隣接するプライ群の繊維の配向と異なるように設ければ、プライ群同士が交差してプリプレグ積層体を作製することができる。その交差の角度は０°より大きければよく、最大９０°である。 If the orientation direction of the fibers of one ply group is different from the orientation of the fibers of the ply group adjacent to the ply group, the ply groups can be crossed to produce a prepreg laminate. The angle of the intersection should be larger than 0 ° and is 90 ° at the maximum.
交差の角度が０°の場合は、ひとつのプライ群の繊維の配向方向と、そのプライ群と隣接するプライ群の繊維の配向方向が同一方向となるプリプレグ積層体が得られる。この場合、繊維の配向方向、すなわち０°方向の物性、例えば引張強度等は高くなるが、その繊維の配向方向以外の物性、例えば９０°方向の引張強度等は著しく低くなる。繊維の配向方向、すなわち０°方向から９０°方向のいずれかの角度で物性を高めようとするならば、プライ群同士を交差させ、必要とする特性および方向に応じてプライ群同士の交差する角度を適宜調整すればよい。プライ群同士の交差する角度を適宜調整し、目的の性能に合うプリプレグ積層体を作製すればよい。 When the angle of intersection is 0 °, a prepreg laminate is obtained in which the orientation direction of the fibers of one ply group and the orientation direction of the fibers of the ply group adjacent to the ply group are the same direction. In this case, the physical properties in the fiber orientation direction, that is, the 0 ° direction, such as tensile strength, are increased, but the physical properties other than the fiber orientation direction, such as the tensile strength in the 90 ° direction, are remarkably reduced. If the physical properties are to be enhanced at any angle from the fiber orientation direction, that is, from the 0 ° direction to the 90 ° direction, the ply groups intersect each other, and the ply groups intersect according to the required characteristics and direction. What is necessary is just to adjust an angle suitably. What is necessary is just to adjust the angle which ply groups cross | intersect suitably, and to produce the prepreg laminated body which suits target performance.
これについて、図１を参照しながら、具体的に説明する。
図１（ａ）に示すプリプレグ積層体は本発明の一実施形態である。一方、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は、本発明に含まれないものである。
This will be specifically described with reference to FIG.
The prepreg laminate shown in FIG. 1A is an embodiment of the present invention. On the other hand, the prepreg laminate shown in FIG. 1 (b) is not included in the present invention.
図１（ａ）のプリプレグ積層体は、プリプレグ１１の繊維の配向方向を０°とするとき、繊維の配向方向を０°で一致させた状態でプリプレグ１２，１３，１４が積み重ねられたプライ群１０を備えている。
また、繊維の配向方向を９０°で一致させた状態でプリプレグ２１，２２，２３，２４が積み重ねられたプライ群２０を備えている。
そして、プライ群１０とプライ群２０が、複数積層され、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられた積層構造となっている。
The prepreg laminate of FIG. 1 (a) is a ply group in which prepregs 12, 13, and 14 are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers are aligned at 0 ° when the orientation direction of the fibers of the prepreg 11 is 0 °. 10 is provided.
In addition, a ply group 20 is provided in which the prepregs 21, 22, 23, and 24 are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers are aligned at 90 °.
A plurality of ply groups 10 and ply groups 20 are laminated, and the ply groups adjacent to each other in the thickness direction have a laminated structure provided so that the orientation directions of the fibers intersect.
これに対し、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は、プリプレグ１１の繊維の配向方向を０°とするとき、繊維の配向方向が０°のプリプレグと、繊維の配向方向を９０°のプリプレグとが交互に積み重ねられている。すなわち、プリプレグ１１，プリプレグ２１，プリプレグ１２，プリプレグ２２，プリプレグ１３，プリプレグ２３，プリプレグ１４，プリプレグ２４の順に積層されている。この積層構造は、図１（ａ）のプリプレグ積層体と異なり、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群を備えないので、本発明には含まれない。 In contrast, in the prepreg laminate shown in FIG. 1B, when the fiber orientation direction of the prepreg 11 is 0 °, the fiber orientation direction is 0 ° and the fiber orientation direction is 90 °. And are stacked alternately. That is, the prepreg 11, the prepreg 21, the prepreg 12, the prepreg 22, the prepreg 13, the prepreg 23, the prepreg 14, and the prepreg 24 are laminated in this order. Unlike the prepreg laminate of FIG. 1 (a), this laminated structure does not include a ply group in which a plurality of prepregs are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers coincide with each other, and thus is not included in the present invention. .
なお、図１（ａ），（ｂ）では、一部図示を省略しているが、いずれも、全部でプリプレグ４８枚からなるものであり、具体的には、図１（ａ）に示すプリプレグ積層体は［０4／９０4］3Sで表され、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は［０／９０］12Sで表されるものである。 1 (a) and 1 (b), some of the illustrations are omitted, but all of them are composed of 48 prepregs. Specifically, the prepregs shown in FIG. 1 (a) are specifically illustrated. stack is represented by [0 4/90 4] 3S , prepreg laminate shown in FIG. 1 (b) is represented by [0/90] 12S.
本発明のプリプレグ積層体において、各プリプレグの厚みは、特に限定するわけではないが、できるだけ薄い方が本発明の効果が高くなる傾向があり、かかる観点から、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。１００μｍを超えると、ナノファイバーがプリプレグの中央部まで含浸、分散せず、その効果が限定され、プリプレグ積層体成形物の耐久性を顕著に高める効果が減じるおそれがある。もっとも、薄すぎると、積層体を得るために必要な積層総数が増し、実用的でない。そこで、例えば、１５〜２００μｍとすることができる。
各プライ群の厚みも、特に限定されず、例えば、３０〜５００μｍとすることができる。
In the prepreg laminate of the present invention, the thickness of each prepreg is not particularly limited, but as thin as possible, the effect of the present invention tends to increase. From this viewpoint, the thickness is preferably 200 μm or less, and 100 μm. The following is more preferable. When the thickness exceeds 100 μm, the nanofibers are not impregnated and dispersed up to the center of the prepreg, the effect thereof is limited, and the effect of significantly increasing the durability of the prepreg laminate may be reduced. However, if it is too thin, the total number of layers required to obtain a laminate increases, which is not practical. Therefore, for example, the thickness may be 15 to 200 μm.
The thickness of each ply group is not particularly limited, and can be, for example, 30 to 500 μm.
図１（ａ）に示す積層構造では、各プライ群におけるプリプレグの積層枚数は４枚であり、プリプレグ積層体におけるプリプレグの積層総枚数は４８枚であり、隣接するプライ群同士の交差の角度は９０°となっているが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、各プライ群におけるプリプレグの積層枚数は、２〜１２枚とすることができる。
In the laminated structure shown in FIG. 1 (a), the number of prepregs laminated in each ply group is 4, the total number of prepregs laminated in the prepreg laminate is 48, and the angle of intersection between adjacent ply groups is Although it is 90 °, the present invention is not limited to these.
For example, the number of prepregs stacked in each ply group can be 2 to 12.
〔プリプレグ積層体の製造方法〕
本発明の積層体は、特に限定するわけではないが、例えば、以下のようにして製造することができる。
[Method for producing prepreg laminate]
Although the laminated body of this invention is not necessarily limited, For example, it can manufacture as follows.
まず、母材樹脂組成物を作製する。
母材樹脂組成物は、未硬化の母材樹脂中にナノファイバーを分散させることにより作製することができる。
未硬化の母材樹脂中にナノファイバーを分散させる方法としては、特に限定するわけではないが、例えば、以下のような方法がある。
First, a base material resin composition is prepared.
The matrix resin composition can be produced by dispersing nanofibers in an uncured matrix resin.
The method for dispersing the nanofibers in the uncured base resin is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
すなわち、例えば、ナノファイバーの原料となるケミカルパルプを、高圧ホモジナイザ―、精密摩砕機、高精細ディスクリファイナーなどにより差し渡し径がナノレベルのナノファイバーになるまで解繊し、これを母材樹脂（主剤以外に硬化剤を含んでいてもよい）に分散する方法が挙げられる。
この方法において、特にセルロースナノファイバーなどにおいては、ナノレベルにまで解繊された微細なセルロースナノファイバーが互いに水素結合しやすく、そのまま乾燥したのでは塊になり母材樹脂に混合、分散させることが困難である。そのため、通常、セルロースナノファイバーは水を９０％以上含んだ状態で保管される。水を含んだままのセルロースナノファイバーを母材樹脂に混合、分散させたのでは、セルロースナノファイバーに含まれる水分による樹脂の硬化阻害が起こり、複合材料の母材樹脂組成物として用いることが困難となるおそれがある。
そこで、セルロースナノファイバーの水分を除去することが好ましい。そのためには、例えば、セルロースナノファイバーを母材樹脂に混合・分散させる方法として、エタノールやＭＥＫなどの溶剤でセルロースナノファイバーの水を置換し、溶剤中に分散しているセルロースナノファイバーを溶剤とともに母材樹脂に投入、混合・分散させ、その後、真空乾燥によりエポキシ樹脂中の溶剤を蒸発させる方法や、セルロースナノファイバーが互いにくっ付かないように、真空凍結乾燥により水分を取り去り、その後これをエポキシ樹脂中に分散させる方法などが考えられる。
That is, for example, chemical pulp, which is the raw material for nanofibers, is defibrated to nanofibers with a nanometer diameter by using a high-pressure homogenizer, precision grinder, high-definition disc refiner, etc. In addition to this, a curing agent may be included).
In this method, particularly in cellulose nanofibers, fine cellulose nanofibers fibrillated to the nano level are easy to hydrogen bond with each other, and if dried as they are, they can be agglomerated and mixed and dispersed in the base material resin. Have difficulty. Therefore, the cellulose nanofiber is normally stored in a state containing 90% or more of water. If cellulose nanofibers containing water are mixed and dispersed in the matrix resin, the resin will be hardened by moisture contained in the cellulose nanofibers, making it difficult to use as a matrix resin composition for composite materials. There is a risk of becoming.
Therefore, it is preferable to remove moisture from the cellulose nanofibers. For that purpose, for example, as a method of mixing and dispersing cellulose nanofibers in a base resin, the water of cellulose nanofibers is replaced with a solvent such as ethanol or MEK, and the cellulose nanofibers dispersed in the solvent are combined with the solvent. Into the matrix resin, mix and disperse, then evaporate the solvent in the epoxy resin by vacuum drying, or remove the moisture by vacuum freeze drying so that the cellulose nanofibers do not stick together, A method of dispersing in a resin can be considered.
また、上記とは異なり、母材樹脂中に、ナノファイバーの原料となるケミカルパルプを乾燥状態で投入し、加圧型ニーダ、２軸混練押出機（ラボブラストミルでも可）で混練することにより、パルプの解繊と母材樹脂中への分散を同時に達成する方法もある。
さらに、母材樹脂以外の樹脂（中でも、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、変性エポキシ樹脂などが好ましい）を用いて、パルプの解繊を行い、得られたナノファイバーを母材樹脂に分散させることとしても良い。この場合において、本発明の効果を害しないのであれば、ナノファイバーを前記母材樹脂以外の樹脂に分散させた状態のままで、母材樹脂に添加することとしても良い（この場合、得られる母材樹脂組成物には、母材樹脂以外の樹脂も含まれることとなる）。
これらの方法においては、混練時の温度やパルプの投入量などの制御により、樹脂の粘度を変えることができる。また、混練時間の長短によりパルプの解繊状態を制御できる。
２軸混練押出機の場合は、エレメントを調整（例えば、ミキシングエレメントやフルフライトなどを組み合わせる）することによって、解繊状態を制御できる。
また、これらの方法においては、水や有機溶剤を使用しなくてもよいので、水や有機溶剤の残存による物性への影響の懸念がないという利点がある。
Also, unlike the above, in the base material resin, the chemical pulp that is the raw material of the nanofiber is charged in a dry state, and kneaded by a pressure type kneader, a twin-screw kneading extruder (or a lab blast mill), There is also a method of simultaneously achieving pulp defibration and dispersion in a base resin.
Furthermore, using a resin other than the base resin (especially polyester resin, vinyl resin, modified epoxy resin, etc. is preferable), pulp may be defibrated and the obtained nanofibers may be dispersed in the base resin. good. In this case, if the effects of the present invention are not impaired, the nanofibers may be added to the base resin while being dispersed in a resin other than the base resin (in this case, obtained). The base material resin composition includes a resin other than the base material resin).
In these methods, the viscosity of the resin can be changed by controlling the temperature at the time of kneading and the input amount of pulp. Further, the defibrated state of the pulp can be controlled by the length of the kneading time.
In the case of a twin-screw kneading extruder, the defibrated state can be controlled by adjusting the elements (for example, combining a mixing element, full flight, etc.).
In addition, these methods do not require the use of water or an organic solvent, so that there is an advantage that there is no concern of influence on physical properties due to the remaining water or organic solvent.
次に、上記のようにして得られた母材樹脂組成物と補強繊維とを組み合わせることによって、プリプレグを作製することができる。
例えば、離型紙上に未硬化の母材樹脂組成物を塗工し、母材樹脂組成物フィルムを形成する。そして、この母材樹脂組成物フィルムに、開繊シート（例えば、特開２０００−８２６１号公報に記載の開繊シート）を重ね合わせることにより、補強繊維に母材樹脂組成物が含浸されたプリプレグシートを得ることができる。
Next, a prepreg can be produced by combining the matrix resin composition obtained as described above and reinforcing fibers.
For example, an uncured base material resin composition is applied onto a release paper to form a base material resin composition film. Then, a prepreg in which the base resin composition is impregnated into the reinforcing fibers by superimposing a spread sheet (for example, a spread sheet described in JP-A-2000-8261) on the matrix resin composition film. A sheet can be obtained.
次に、上記のようにして得られたプリプレグを、例えば、図１（ａ）に示す積層構造で厚み方向に積層することによって、本発明のプリプレグ積層体を作製することができる。
得られたプリプレグ積層体に対し、オートクレーブにより加圧・硬化するなどの適宜の処理を施すことで、炭素繊維強化プラスチックを製造することができる。
Next, the prepreg obtained in the above manner is laminated in the thickness direction with the laminated structure shown in FIG. 1A, for example, to produce the prepreg laminate of the present invention.
A carbon fiber reinforced plastic can be produced by subjecting the obtained prepreg laminate to appropriate treatment such as pressurization and curing with an autoclave.
以下、実施例を用いて、本発明にかかるプリプレグ積層体について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下において、単に「部」、「％」と示すときは、特に断りのない限り、「重量部」、「重量％」を意味する。 Hereinafter, although the prepreg laminated body concerning this invention is demonstrated using an Example, this invention is not limited to these Examples. In the following description, “parts” and “%” mean “parts by weight” and “% by weight” unless otherwise specified.
〔実施例１〕
＜セルロースナノファイバーの製造＞
（ポリエステル系樹脂の合成）
窒素ガス導入管、還流コンデンサ、攪拌機を備えた２Ｌのガラス製フラスコにジエチレングリコール７５８．２部（７．１４ｍｏｌ、仕込みモル比０．５３）、アジピン酸６５２．６部（４．４７ｍｏｌ、仕込みモル比０．３３）、無水マレイン酸１８３．９部（１．８８ｍｏｌ、仕込みモル比０．１４）を仕込み、窒素気流下に、加熱を開始した。内温２００℃にて、常法にて脱水縮合反応を行った。酸価が１３ＫＯＨｍｇ／ｇになったところで、直ちに１５０℃まで冷却し、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを仕込み原料重量に対し１００ｐｐｍ添加した。さらに室温まで冷却し、酸価１３ＫＯＨｍｇ／ｇ、水酸基価８９ＫＯＨｍｇ／ｇ、エステル基濃度が９．１ｍｍｏｌ／ｇである、ポリエステル系樹脂を得た。
[Example 1]
<Manufacture of cellulose nanofiber>
(Synthesis of polyester resin)
Diethylene glycol 758.2 parts (7.14 mol, charged molar ratio 0.53), adipic acid 652.6 parts (4.47 mol, charged molar ratio) in a 2 L glass flask equipped with a nitrogen gas inlet tube, a reflux condenser and a stirrer 0.33) and 183.9 parts of maleic anhydride (1.88 mol, charged molar ratio 0.14) were charged, and heating was started under a nitrogen stream. A dehydration condensation reaction was carried out at an internal temperature of 200 ° C. by a conventional method. When the acid value reached 13 KOH mg / g, it was immediately cooled to 150 ° C., and 2,6-di-tert-butyl-p-cresol was added and 100 ppm was added to the raw material weight. Furthermore, it cooled to room temperature and obtained the polyester-type resin which is acid value 13KOHmg / g, hydroxyl value 89KOHmg / g, and ester group density | concentration is 9.1 mmol / g.
ここで、酸価、水酸基価、エステル基濃度は以下の方法で規定した。
（ポリエステル系樹脂の酸価の測定方法）
５００ｍｌビーカーに試薬特級水酸化カリウム３３ｇを計量し、イオン交換水１５０ｍｌを徐々に加え冷却した（ＫＯＨ溶解液）。５リットル容器に半分の量の工業用メタノールを入れ、ＫＯＨ溶解液を混合しながら徐々に移した。更に工業用メタノールを徐々に加えて全量を５リットルとした（０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液）。
１００ｍｌ三角マイヤーに試薬特級シュウ酸０．１ｇを精秤し、イオン交換水３０ｃｃを加えて溶かした。１％フェノールフタレイン指示薬数滴を加え、０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で滴定し、下記計算式（１）により力価を求めた。
力価＝シュウ酸重量（ｇ）×１０００／［滴定（ｍｌ）×６．３］・・・（１）
１００ｍｌ三角マイヤーに試料１ｇを採取し、トルエン、メタノール混合中性溶剤（トルエンとメタノールを７対３の割合で混合しフェノールフタレインを指示薬として０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で中和）３０ｇを加え、スターラーで撹拌した。更にエタノールで希釈した１％フェノールフタレイン指示薬を数滴加え、撹拌した。次に０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で滴定し、下記計算式（２）により酸価を求めた。
酸価＝滴定量（ｍｌ）×力価×５．６１１／試料の重量（ｇ）・・・（２）
Here, the acid value, hydroxyl value, and ester group concentration were defined by the following methods.
(Method for measuring acid value of polyester resin)
In a 500 ml beaker, 33 g of reagent special grade potassium hydroxide was weighed, and 150 ml of ion exchange water was gradually added and cooled (KOH solution). Half of the industrial methanol was placed in a 5 liter container and gradually transferred while mixing the KOH solution. Further, industrial methanol was gradually added to make a total volume of 5 liters (0.1 mol potassium hydroxide alcohol solution).
In 100 ml triangular Meyer, 0.1 g of reagent special grade oxalic acid was precisely weighed and dissolved by adding 30 cc of ion exchange water. A few drops of 1% phenolphthalein indicator were added, titrated with a 0.1 mol potassium hydroxide alcohol solution, and the titer was determined by the following formula (1).
Titer = Oxalic acid weight (g) × 1000 / [Titration (ml) × 6.3] (1)
Sample 1g was collected in a 100ml triangular Meyer and 30g of toluene and methanol mixed neutral solvent (toluene and methanol were mixed in a ratio of 7 to 3 and neutralized with 0.1 mol potassium hydroxide alcohol solution using phenolphthalein as an indicator). In addition, the mixture was stirred with a stirrer. Further, several drops of 1% phenolphthalein indicator diluted with ethanol were added and stirred. Next, the solution was titrated with a 0.1 mol potassium hydroxide alcohol solution, and the acid value was determined by the following formula (2).
Acid value = titer (ml) x titer x 5.611 / sample weight (g) (2)
（ポリエステル系樹脂の水酸基価の測定）
末端水酸基価、13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおける、末端構造およびエステル結合に由来する各ピークの面積比から求めた。測定装置は、日本電子製ＪＮＭ−ＬＡ３００を用い、試料の１０％重クロロホルム溶液に緩和試薬としてＣｒ（ａｃａｃ）３ １０ｍｇを加え、ゲートデカップリング法による13Ｃ−ＮＭＲの定量測定を行なった。積算は４０００回行なった。
(Measurement of hydroxyl value of polyester resin)
The terminal hydroxyl value was determined from the area ratio of each peak derived from the terminal structure and ester bond in the 13 C-NMR spectrum. As a measuring apparatus, JNM-LA300 manufactured by JEOL Ltd. was used, 10 mg of Cr (acac) 3 as a relaxation reagent was added to a 10% deuterated chloroform solution of the sample, and 13 C-NMR quantitative measurement was performed by a gate decoupling method. Integration was performed 4000 times.
（エステル基濃度の計算方法）
エステル基濃度は下記計算式（３）により求めた。
エステル基濃度（ｍｏｌ／ｇ）＝生成エステル基量（ｍｍｏｌ）／［仕込みモノマー量（ｇ）−生成水量（ｇ）］・・・（３）
(Calculation method of ester group concentration)
The ester group concentration was determined by the following calculation formula (3).
Ester group concentration (mol / g) = produced ester group amount (mmol) / [prepared monomer amount (g) −produced water amount (g)] (3)
（セルロースの解繊）
上記ポリエステル系樹脂を６００部、日本製紙ケミカル社製のセルロースパウダー製品「ＫＣフロック Ｗ−５０ＧＫ」４００部を、森山製作所製加圧ニーダー（ＤＳ１−５ＧＨＨ−Ｈ）を用いて６０ｒｐｍで６００分加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行い、マスタバッチを得た。得られたマスタバッチを、走査型電子顕微鏡で確認したところ、パルプのセルロース繊維が直径数十ナノメートルまで細分化されていることが確認できた。
(Cellulose defibration)
600 parts of the polyester resin and 400 parts of a cellulose powder product “KC Flock W-50GK” manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd. were pressed at 60 rpm for 600 minutes using a pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho. A master batch was obtained by kneading and refining the cellulose. When the obtained master batch was confirmed with a scanning electron microscope, it was confirmed that the cellulose fibers of the pulp were subdivided to a diameter of several tens of nanometers.
＜母材樹脂組成物の製造＞
プラネタリーミキサー「ＰＬＭ−１５Ｈ」（井上製作所製）を用いて、母材樹脂としての熱硬化性エポキシ樹脂「ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）８５０Ｓ」（ＤＩＣ社製）４０部、「ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）１０５５」（ＤＩＣ社製）６０部に、上で得られたセルロースナノファイバーを含むマスタバッチ２．８部、硬化剤「ｊＥＲキュア（登録商標）ＤＩＣＹ１５」（三菱化学社製）を５部、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学工業社製）２部を分散させ、母材樹脂組成物とした。母材樹脂組成物中のセルロースナノファイバーの含有量は１．０重量％となる。
<Manufacture of base material resin composition>
Using a planetary mixer “PLM-15H” (manufactured by Inoue Seisakusho), 40 parts of thermosetting epoxy resin “EPICLON (registered trademark) 850S” (manufactured by DIC) as a base material resin, “EPICLON (registered trademark) 1055” ”(Manufactured by DIC) 60 parts, 2.8 parts of the master batch containing the cellulose nanofibers obtained above, 5 parts of the curing agent“ jER Cure (registered trademark) DICY15 ”(Mitsubishi Chemical Corporation), DCMU99 ( 2 parts) (made by Hodogaya Chemical Co., Ltd.) were dispersed to obtain a base resin composition. Content of the cellulose nanofiber in a base material resin composition will be 1.0 weight%.
＜補強繊維の製造＞
炭素繊維トウ「パイロフィル」（登録商標）のタイプ「ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ」（引張強度４．９ＭＰａ、ヤング率２４０ＧＰａ、三菱レイヨン社製）を、配向方向と垂直の方向に気流を生じさせた開繊装置に通すことにより開繊して、繊維方向が一方向に配向した補強繊維（開繊シート）を作製した。
<Manufacture of reinforcing fibers>
Carbon fiber tow “Pyrofil” (registered trademark) type “TR 50S15L” (tensile strength 4.9 MPa, Young's modulus 240 GPa, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is used as a fiber opening device that generates airflow in the direction perpendicular to the orientation direction. The fiber was opened by passing it through to produce a reinforcing fiber (opened sheet) in which the fiber direction was oriented in one direction.
＜プリプレグ積層体の製造＞
上で得られた母材樹脂組成物を、樹脂塗工装置「ＤＶコーター」（ヒラノテクシード社製）を用いて、離型紙上に膜厚１７μｍとなるように均一に塗工した。
次に、離型紙上に形成した上記母材樹脂組成物に、上記補強繊維（開繊シート）を重ね合わせ、補強繊維に母材樹脂組成物を含浸させて、繊維方向が一方向に配向したプリプレグを作製した。プリプレグの厚みは４０μｍであり、補強繊維の体積分率は５７％であった。
得られたプリプレグを３３０ｍｍ×３３０ｍｍに切断し、５０％ＲＨ、２３℃の条件下で、図１（ａ）に示す積層構造で積層した。
<Manufacture of prepreg laminate>
The base material resin composition obtained above was uniformly coated on a release paper so as to have a film thickness of 17 μm using a resin coating apparatus “DV coater” (manufactured by Hirano Techseed).
Next, the reinforcing fiber (opening sheet) is overlaid on the base resin composition formed on the release paper, and the reinforcing fiber is impregnated with the base resin composition so that the fiber direction is oriented in one direction. A prepreg was prepared. The thickness of the prepreg was 40 μm, and the volume fraction of the reinforcing fiber was 57%.
The obtained prepreg was cut into 330 mm × 330 mm and laminated with the laminated structure shown in FIG. 1A under the conditions of 50% RH and 23 ° C.
〔比較例１〕
セルロースナノファイバーを添加しなかったこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いたこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。
[Comparative Example 1]
A prepreg was produced in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber was not added, and a prepreg laminate was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepreg was used.
〔比較例２〕
実施例１と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いて、プリプレグの積層構造を図１（ｂ）に示す積層構造に変更したこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。
[Comparative Example 2]
A prepreg was produced in the same manner as in Example 1, and a prepreg laminate was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepreg was used and the laminated structure of the prepreg was changed to the laminated structure shown in FIG. did.
〔比較例３〕
セルロースナノファイバーを添加しなかったこと以外は比較例２と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いたこと以外は比較例２と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。
[Comparative Example 3]
A prepreg was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that no cellulose nanofiber was added, and a prepreg laminate was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that the prepreg was used.
〔引張試験〕
上記実施例１及び比較例１〜３で作製した各積層体を、真空バックに入れ、オートクレーブを用いて成形した。成形条件としては、０．５ＭＰａ、２時間、１３０℃の条件とした。
硬化した各積層体から、縦２００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．９２ｍｍの短冊試験片を得た。
これらの各試験片について、万能材料試験機（オートグラフ、定格荷重１００ｋＮ、島津製作所製）を用いて、クロスヘッドスピード１ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。
[Tensile test]
Each laminated body produced in the said Example 1 and Comparative Examples 1-3 was put into the vacuum bag, and it shape | molded using the autoclave. The molding conditions were 0.5 MPa, 2 hours, and 130 ° C.
From each cured laminate, a strip test piece having a length of 200 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 1.92 mm was obtained.
Each of these test pieces was subjected to a tensile test at a crosshead speed of 1 mm / min using a universal material testing machine (autograph, rated load 100 kN, manufactured by Shimadzu Corporation).
試験結果を図２に示す。
図２において、「ｔｈｉｃｋ−ｌａｙｅｒｅｄ」とあるのは、繊維の配向方向が同方向の層が見かけ上厚い実施例１及び比較例１の試験片である。そのうち、「ＣＮＦ１．０ｗｔ％」が実施例１の試験片、「ＣＮＦ０ｗｔ％」が比較例１の試験片である。
「ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒｅｄ」とあるのは、繊維の配向方向が同方向の層が見かけ上薄い比較例２及び比較例３の試験片である。そのうち、「ＣＮＦ１．０ｗｔ％」が比較例２の試験片、「ＣＮＦ０ｗｔ％」が比較例３の試験片である。
The test results are shown in FIG.
In FIG. 2, “thick-layered” refers to the test pieces of Example 1 and Comparative Example 1 in which the layers having the same fiber orientation direction are apparently thick. Among them, “CNF 1.0 wt%” is the test piece of Example 1, and “CNF 0 wt%” is the test piece of Comparative Example 1.
“Thin-layered” refers to the test pieces of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in which the layers in which the fiber orientation directions are the same are apparently thin. Among them, “CNF 1.0 wt%” is the test piece of Comparative Example 2, and “CNF 0 wt%” is the test piece of Comparative Example 3.
図２に示す結果から、以下のことが分かる。
すなわち、実施例１と比較例１の結果を対比すると、セルロースナノファイバーの添加により、引張強度が向上していることが確認できる。
これに対して、比較例２と比較例３の結果を対比すると、セルロースナノファイバーを添加しても、引張強度の向上が認められないことが確認できる。
これらの結果から、積層構造によって、セルロースナノファイバーの添加効果に違いが生じることが分かった。
From the results shown in FIG.
That is, when the results of Example 1 and Comparative Example 1 are compared, it can be confirmed that the tensile strength is improved by the addition of cellulose nanofibers.
On the other hand, when the results of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are compared, it can be confirmed that even when cellulose nanofibers are added, no improvement in tensile strength is observed.
From these results, it was found that the effect of adding cellulose nanofibers varies depending on the laminated structure.
本発明にかかるプリプレグ積層体は、高い比強度や比剛性などの機械的特性に優れた構造用材料を得るために好適に利用でき、各種産業分野において広く利用することができる。 The prepreg laminate according to the present invention can be suitably used for obtaining a structural material excellent in mechanical properties such as high specific strength and specific rigidity, and can be widely used in various industrial fields.
１０，２０ プライ群
１１〜１４，２１〜２４ プリプレグ
10, 20 Ply group 11-14, 21-24 Prepreg
Claims (7)
前記プリプレグは、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなり、
複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、
厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられており、
前記ナノファイバーが、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー及びガラスナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも１種である
ことを特徴とする、プリプレグ積層体。 A prepreg laminate in which prepregs are laminated in the thickness direction,
The prepreg consists of a reinforcing fiber in which the fiber direction is oriented in one direction, and a matrix resin composition containing nanofibers dispersed in the matrix resin,
A plurality of ply groups in which a plurality of prepregs are stacked in a state in which the orientation directions of the fibers coincide with each other are stacked,
Plies adjacent in the thickness direction is provided as the orientation direction of the fibers intersect,
The nanofiber is at least one selected from the group consisting of cellulose nanofiber, polyvinyl alcohol resin nanofiber, polyethylene terephthalate resin nanofiber, polyamide resin nanofiber, and glass nanofiber , Prepreg laminate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126790A JP6471377B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Prepreg laminate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126790A JP6471377B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Prepreg laminate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016006131A JP2016006131A (en) | 2016-01-14 |
| JP6471377B2 true JP6471377B2 (en) | 2019-02-20 |
Family
ID=55224747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014126790A Active JP6471377B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Prepreg laminate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6471377B2 (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016138220A (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | Dic株式会社 | Resin composition and adhesive |
| JP6860873B2 (en) * | 2016-03-09 | 2021-04-21 | 学校法人同志社 | Compound composite material and its manufacturing method |
| JP6932367B2 (en) * | 2016-10-04 | 2021-09-08 | 株式会社昭和丸筒 | CNF-containing material, tubular body, and method for producing tubular body |
| WO2018100739A1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | シャープ株式会社 | Vapor deposition mask, vapor deposition device, production method for vapor deposition mask, and production method for electroluminescent display device |
| JP6944804B2 (en) * | 2017-03-31 | 2021-10-06 | 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 | Manufacturing method of prepreg for fiber reinforced plastic molding |
| JP7007630B2 (en) * | 2017-06-13 | 2022-01-24 | 学校法人同志社 | Carbon fiber reinforced plastic containing cellulose nanofibers |
| JP2019183004A (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | アトミクス株式会社 | Epoxy resin coating composition and manufacturing method therefor, and coating reinforcement agent and manufacturing method therefor |
| WO2019221155A1 (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | Material for reinforcing carbon-fiber-reinforced plastic and material for reinforcing plastic |
| CN113631344B (en) * | 2019-03-26 | 2023-05-30 | 日产自动车株式会社 | Base material for molding |
| JPWO2020255775A1 (en) * | 2019-06-20 | 2020-12-24 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3342925B2 (en) * | 1993-05-21 | 2002-11-11 | 日機装株式会社 | Composite material of vapor grown carbon fiber |
| US5910456A (en) * | 1995-01-09 | 1999-06-08 | Toray Industries, Inc. | Prepregs and carbon fiber-reinforced composite materials |
| JP2003138042A (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-14 | Nippon Oil Corp | Sliding part and pump |
| JP4164572B2 (en) * | 2003-06-30 | 2008-10-15 | 国立大学法人信州大学 | Composite material and manufacturing method thereof |
| JP4887208B2 (en) * | 2007-05-08 | 2012-02-29 | 三菱レイヨン株式会社 | Carbon fiber sizing agent, aqueous dispersion thereof, carbon fiber, and carbon fiber reinforced composite material |
| JP2010024413A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Doshisha | Fiber-reinforced composite material and method for producing the same |
-
2014
- 2014-06-20 JP JP2014126790A patent/JP6471377B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016006131A (en) | 2016-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6471377B2 (en) | Prepreg laminate | |
| Cai et al. | Effect of electrospun polysulfone/cellulose nanocrystals interleaves on the interlaminar fracture toughness of carbon fiber/epoxy composites | |
| Zheng et al. | Synergetic improvement of interlaminar fracture energy in carbon fiber/epoxy composites with nylon nanofiber/polycaprolactone blend interleaves | |
| JP5967084B2 (en) | Carbon fiber substrate, prepreg and carbon fiber reinforced composite material | |
| Wong et al. | Improved fracture toughness of carbon fibre/epoxy composite laminates using dissolvable thermoplastic fibres | |
| Vu et al. | Effect of micro/nano white bamboo fibrils on physical characteristics of epoxy resin reinforced composites | |
| KR101650352B1 (en) | Fiber-reinforced resin composite body, and reinforced matrix resin for fiber-reinforced resin | |
| Song et al. | Flexible carboxylated CNT/PA66 nanofibrous mat interleaved carbon fiber/epoxy laminates with improved interlaminar fracture toughness and flexural properties | |
| CN107531914B (en) | Compression moulding product and composite material | |
| JP5723505B2 (en) | Resin composition, cured product, prepreg, and fiber reinforced composite material | |
| JP2007016121A (en) | Prepreg for composite material and composite material | |
| JP6163958B2 (en) | Epoxy resin composition, fiber reinforced composite material and molded article | |
| JP2010024413A (en) | Fiber-reinforced composite material and method for producing the same | |
| JP6056517B2 (en) | Sizing agent-coated carbon fiber, method for producing sizing agent-coated carbon fiber, prepreg, and carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composition | |
| JP2015048375A (en) | Resin composition, fiber-reinforced composite material and molded part | |
| JP2012149237A (en) | Thermosetting resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material | |
| JP2019508292A (en) | Thermoplastic bonded preform and thermosetting matrix formed using the same | |
| JP4257181B2 (en) | Fullerene-containing prepreg | |
| Kotrotsos et al. | Self-healing of structural composites containing common thermoplastics enabled or not by nanotechnology as healing agent | |
| JP2016020446A (en) | Resin composition, fiber-reinforced composite material and molded article | |
| Shinde et al. | Flexural behavior of fiberglass polymer composite with and without TEOS electrospun nanofibers | |
| WO2019221155A1 (en) | Material for reinforcing carbon-fiber-reinforced plastic and material for reinforcing plastic | |
| JP2003253094A (en) | Epoxy resin composition for fiber reinforced composite material, prepreg and fiber reinforced composite material | |
| WO2024122254A1 (en) | Curable resin composition | |
| JP2010100696A (en) | Epoxy resin composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170508 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170607 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20170607 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180309 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180410 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180608 |
|
| 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: 20181127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181226 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6471377 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |