JP6503683B2 - Tow prepreg - Google Patents

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本発明は紙管からの解舒性や工程通過性、形態保持性に優れたトウプリプレグである。当該トウプリプレグはスポーツ用品、自動車、圧力容器、航空機、緊張材等の一般産業用途に用いることが出来る。   The present invention is a tow prepreg excellent in unwinding ability from a paper tube, processability, and form retention. The tow prepreg can be used in general industrial applications such as sports goods, automobiles, pressure vessels, aircraft, tendons and the like.

自動車等の移動体に搭載する天然ガスや水素ガスの貯蔵タンクにはその軽量性からタンクライナーを強化繊維複合材料で補強した圧力容器が利用されている。使用される強化繊維としてはガラス繊維、炭素繊維等がある。中でも炭素繊維は比強度が高く圧力容器軽量化のメリットが大きく、天然ガスの貯蔵タンクよりも高い耐圧性能が要求される水素ガスの貯蔵タンクに好適に使用されている。   A pressure vessel in which a tank liner is reinforced with a reinforced fiber composite material is used as a natural gas or hydrogen gas storage tank mounted on a mobile body such as an automobile because of its lightness. Glass fibers, carbon fibers and the like are used as reinforcing fibers. Among them, carbon fiber is high in specific strength and large in the merit of weight reduction in pressure vessel, and is suitably used in a storage tank of hydrogen gas which requires higher pressure resistance performance than a storage tank of natural gas.

強化繊維複合材料で補強した圧力容器は一般的にフィラメントワインディング成形(FW成形)で作製される。すなわち強化繊維束を1本、又は複数本引き揃え工程中でマトリックス樹脂組成物を供給、含浸させながら回転するタンクライナーへ所望の張力、角度で巻きつけて行く成形法である。   A pressure vessel reinforced with a reinforcing fiber composite material is generally produced by filament winding molding (FW molding). That is, it is a molding method in which a reinforcing fiber bundle is wound in a desired tension and angle around a rotating tank liner while supplying and impregnating a matrix resin composition in a single or plural aligning process.

工程中で含浸させながら巻き付ける代わりに、予め強化繊維束に樹脂組成物を含浸させたトウプリプレグを使用することもできる。この場合は工程中でのマトリックス樹脂組成物の供給、含浸は行わず回転するタンクライナーへ所望の張力、角度で巻きつけて行く。またFW成形においてトウプリプレグを使用することで様々な利点を得ることができる。すなわち、工程中で未硬化の樹脂組成物を取り扱う必要がないため作業環境を向上させることができること、工程中で強化繊維束へマトリックス樹脂組成物の供給・含浸の必要がないため工程速度を向上させることができること、マトリックス樹脂組成物の含有率が制御されたトウプリプレグを使用することで高品位、高性能な成形品を得ることができること等である。   Instead of winding while impregnating in the process, it is also possible to use a tow prepreg in which a reinforcing fiber bundle is impregnated with a resin composition in advance. In this case, the matrix resin composition is not supplied or impregnated in the process, but is wound around the rotating tank liner at a desired tension and angle without performing impregnation. In addition, various advantages can be obtained by using a tow prepreg in FW molding. That is, since it is not necessary to handle the uncured resin composition in the process, the working environment can be improved, and the process speed can be improved because there is no need to supply and impregnate the matrix resin composition to the reinforcing fiber bundle in the process. It is possible to obtain molded articles having high quality and high performance by using a tow prepreg in which the content of the matrix resin composition is controlled.

すなわちトウプリプレグには所望の量のマトリックス樹脂組成物が強化繊維束に十分含浸されていること、高速でトウプリプレグを解舒することができること、さらにFW成形中にトウプリプレグの形態が大きく変化しないことが要求される。   That is, the desired amount of matrix resin composition in the tow prepreg is sufficiently impregnated into the reinforcing fiber bundle, that the tow prepreg can be unwound at high speed, and the form of the tow prepreg does not change significantly during FW forming. Is required.

トウプリプレグは通常紙管に巻き取られ、使用する際には紙管から解舒される。この時、高速でトウプリプレグを解舒するためにはトウプリプレグのタック(べたつき)が弱くなければならない。トウプリプレグのタックを弱くする方法の1つに、強化繊維束に含浸させるマトリックス樹脂組成物の粘度を下げる方法がある(特許文献1)。   The tow prepreg is usually wound on a paper tube and unwound from the paper tube when used. At this time, in order to unwind the tow prepreg at high speed, the tack (stickiness) of the tow prepreg must be weak. One of the methods of weakening the tack of tow prepreg is a method of reducing the viscosity of a matrix resin composition to be impregnated into a reinforcing fiber bundle (Patent Document 1).

またトウプリプレグのタックを弱くし、かつトウプリプレグの形態保持性を良好に保つ方法として、強化繊維束に含浸させるマトリックス樹脂組成物の粘度をトウプリプレグの使用環境温度(通常室温)でべたつかない程度まで高くする方法がある(特許文献2)。   Also, as a method to weaken the tack of tow prepreg and keep the form retention of tow prepreg good, the viscosity of the matrix resin composition to be impregnated into the reinforcing fiber bundle is not sticky at the operating temperature (usually room temperature) of tow prepreg. There is a method to make it as high as possible (patent document 2).

特開平9−087365号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-087365 特開昭55−015870号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-015870

しかし特許文献1に開示された技術のように、マトリックス樹脂組成物の粘度が低すぎるとトウプリプレグの形態保持性が弱く、FW成形中にガイドロール等でトウプリプレグが折りたたまれその形態が大きく変化してしまう。またさらに、通常トウプリプレグは数百gから1kg程度の張力をかけて紙管に巻き取るが、この際にトウプリプレグが含むマトリックス樹脂組成物が絞り出され包含するマトリックス樹脂組成物量が変化する問題も起きる。   However, as in the technique disclosed in Patent Document 1, when the viscosity of the matrix resin composition is too low, the form retention of the tow prepreg is weak, and the tow prepreg is folded by a guide roll or the like during FW forming and the form largely changes. Resulting in. Furthermore, although a tow prepreg is normally wound on a paper tube under a tension of several hundreds of grams to 1 kg, there is a problem that the amount of the matrix resin composition changes, which is squeezed out of the matrix resin composition contained in the tow prepreg. It also happens.

一方、特許文献2に開示されたような高粘度のマトリックス樹脂組成物は、強化繊維束に十分含浸させることが困難であり、特許文献2ではマトリックス樹脂組成物を溶媒に溶かし強化繊維束に含浸させている。マトリックス樹脂組成物を溶媒に溶かした場合、少なからず溶媒がトウプリプレグに残存してしまう。残存した溶剤は当該トウプリプレグを使用して作製した硬化物中に空隙を発生させ、その強度、品位を大きく落とす原因となってしまう。   On the other hand, it is difficult to sufficiently impregnate the reinforcing fiber bundle with a high viscosity matrix resin composition as disclosed in Patent Document 2, and in Patent Document 2, the matrix resin composition is dissolved in a solvent and impregnated into the reinforcing fiber bundle. I am doing it. When the matrix resin composition is dissolved in a solvent, some of the solvent remains in the tow prepreg. The remaining solvent causes voids in the cured product produced using the tow prepreg, which causes the strength and the quality to be greatly reduced.

本発明はかかる背景に鑑み、紙管からの解舒性やFW成形工程における工程通過性、並びに形態保持性に優れたトウプリプレグを提供することを課題とする。   In view of the above background, it is an object of the present invention to provide a tow prepreg excellent in the unwindability from a paper tube, the processability in the FW forming process, and the form retention.

上記課題を解決するため、鋭意検討の結果、本発明者らは特定の条件を満たすトウプリプレグを使用することにより上記課題を解決しうることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は以下に関する。
〔1〕 粒子状の成分を含むマトリックス樹脂組成物を含浸させた強化繊維束からなるトウプリプレグであって、タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000〜55,000Paの範囲であるトウプリプレグ。
〔2〕 前記マトリックス樹脂組成物の30℃における粘度が5〜300Pa・sである、前記〔1〕に記載のトウプリプレグ。
〔3〕 前記強化繊維束が炭素繊維束である、前記〔1〕又は〔2〕に記載のトウプリプレグ。
〔4〕 樹脂含有率が20〜40質量%である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
〔5〕 前記マトリックス樹脂組成物が下記の成分(A)〜(C)を含み、該成分(B)の含有量が該成分(A)100質量部に対して5〜20質量部であり、該成分(C)の含有量が特定有機化合物成分100質量部に対して1〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmである、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnest examination, in order to solve the said subject, the present inventors discover that the said subject can be solved by using the tow prepreg which satisfy | fills specific conditions, and came to this invention. That is, the present invention relates to the following.
[1] A tow prepreg comprising a reinforcing fiber bundle impregnated with a matrix resin composition containing a particulate component, the tow prepreg having an average maximum stress value in the range of 5,000 to 55,000 Pa as a tack test result. .
[2] The tow prepreg according to the above [1], which has a viscosity of 5 to 300 Pa · s at 30 ° C. of the matrix resin composition.
[3] The tow prepreg according to [1] or [2], wherein the reinforcing fiber bundle is a carbon fiber bundle.
[4] The tow prepreg according to any one of [1] to [3], which has a resin content of 20 to 40% by mass.
[5] The matrix resin composition contains the following components (A) to (C), and the content of the component (B) is 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), [1] to [4], wherein the content of the component (C) is 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the specific organic compound component, and the primary particle diameter of the component (C) is 1 to 30 μm The tow prepreg according to any one of the above.

成分(A):エポキシ樹脂
成分(B):三塩化ホウ素アミン錯体
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
なお本発明における「特定有機化合物成分」とは、本発明のマトリックス樹脂組成物中に含まれる成分(A)、成分(B)、後述する成分(E)、及び後述する「エポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂」の総称である。なお、例えば本発明のマトリックス樹脂組成物が、該「特定有機化合物成分」のうち成分(A)しか含有していない場合は、当該マトリックス樹脂組成物における「特定有機化合物成分」とは成分(A)のみを指し、成分(A)、成分(B)及び「エポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂」を含む場合は、当該マトリックス樹脂組成物における「特定有機化合物成分」とは成分(A)、成分(B)及び「エポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂」の全てを表す。
〔6〕 前記マトリックス樹脂組成物が下記の成分(A)、成分(C)および成分(D)を含み、該成分(C)及び成分(D)の含有量の合計が特定有機化合物成分100質量部に対して3〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmである、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
Component (A): Epoxy resin Component (B): Boron trichloride amine complex Component (C): Particulate thermoplastic resin The "specific organic compound component" in the present invention refers to the matrix resin composition of the present invention. It is a general term for the component (A), the component (B), the component (E) to be described later, and the “thermoplastic resin dissolved in epoxy resin” to be described later. In addition, for example, when the matrix resin composition of this invention contains only a component (A) among this "specific organic compound components", the "specific organic compound component" in the said matrix resin composition is a component (A When only the component (A), the component (B) and the “thermoplastic resin dissolved in an epoxy resin” are included, the “specific organic compound component” in the matrix resin composition is the component (A), The component (B) and "a thermoplastic resin dissolved in an epoxy resin" are all represented.
[6] The matrix resin composition contains the following component (A), component (C) and component (D), and the total content of the component (C) and component (D) is 100 mass of a specific organic compound component The tow prepreg according to any one of the above [1] to [4], which is 3 to 30 parts by mass with respect to 1 part and the primary particle diameter of the component (C) is 1 to 30 μm.

成分(A):エポキシ樹脂
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
成分(D):粒子状のエポキシ樹脂硬化剤、もしくは粒子状のエポキシ樹脂硬化剤および粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤
〔7〕 前記成分(D)における粒子状のエポキシ樹脂硬化剤が、エポキシ樹脂イミダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物、ジシアンジアミド及び芳香族ポリアミンからなる群より選ばれた少なくとも1種である、前記〔6〕に記載のトウプリプレグ。
〔8〕 前記成分(D)における粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤が、エポキシ樹脂イミ
ダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物及びウレア化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種である(但し、該成分(D)の一部として併用される粒子状のエポキシ樹脂硬化剤とは異なる化合物である)、前記〔6〕又は〔7〕に記載のトウプリプレグ。
〔9〕 更に、前記マトリックス樹脂組成物が下記成分(E)を含み、かつ該成分(E)の含有量が前記成分(A)100質量部に対して10〜110質量部である、前記〔5〕〜〔8〕のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
Component (A): Epoxy resin Component (C): particulate thermoplastic resin Component (D): particulate epoxy resin curing agent, or particulate epoxy resin curing agent and particulate epoxy resin curing assistant [7 The particulate epoxy resin curing agent in the component (D) is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin imidazole adduct compound, an epoxy resin amine adduct compound, a modified aliphatic amine compound, a dicyandiamide and an aromatic polyamine The tow prepreg according to the above [6].
[8] The particulate epoxy resin curing aid in the component (D) is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin imidazole adduct compound, an epoxy resin amine adduct compound, a modified aliphatic amine compound and a urea compound The tow prepreg according to the above [6] or [7], which is (but a compound different from the particulate epoxy resin curing agent used in combination as a part of the component (D)).
[9] The matrix resin composition further comprises the following component (E), and the content of the component (E) is 10 to 110 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). The tow prepreg as described in any one of 5]-[8].

成分(E):ゴム粒子
〔10〕 前記成分(E)がブタジエンゴムを含むゴム粒子である、前記〔9〕に記載のトウプリプレグ。
Component (E): Rubber particle [10] The tow prepreg according to the above [9], wherein the component (E) is a rubber particle containing butadiene rubber.

タック試験結果の平均最大ストレス値を5,000Pa〜55,000Paの範囲とすることにより、紙管からの解舒性や工程通過性、形態保持性に優れたトウプリプレグを得ることができる。当該トウプリプレグはスポーツ用品、自動車、圧力容器、航空機、緊張材等の一般産業用途に用いることが出来る。   By setting the average maximum stress value of the tack test result in the range of 5,000 Pa to 55,000 Pa, it is possible to obtain a tow prepreg excellent in the unwindability from a paper tube, the processability, and the form retention. The tow prepreg can be used in general industrial applications such as sports goods, automobiles, pressure vessels, aircraft, tendons and the like.

実施例および比較例で使用した、クリール、ガイド、ダンサーロール、ゴデッドロール及びワインダーから成る高速解除性評価に使用する装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus used for the high-speed releasability evaluation which consists of a creel, a guide, a dancer roll, a godd roll, and a winder used by the Example and the comparative example.

本発明は、粒子状の成分を含むマトリックス樹脂組成物を含浸させた強化繊維束からなるトウプリプレグであって、タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000〜55,000Paの範囲であるトウプリプレグに存する。   The present invention is a tow prepreg comprising a reinforcing fiber bundle impregnated with a matrix resin composition containing particulate components, wherein the average maximum stress value in the tack test results is in the range of 5,000 to 55,000 Pa. It exists in the prepreg.

紙管からの解舒性やFW成形時の工程通過性並びに形態保持性が良好なトウプリプレグとするためには、タック試験結果の平均最大ストレス値を5,000Pa〜55,000Paの範囲とする必要がある。以下、これらに関して説明する。   In order to obtain a tow prepreg having good unwindability from a paper tube, process passability at the time of FW molding, and shape retention, the average maximum stress value of the tack test result is in the range of 5,000 Pa to 55,000 Pa. There is a need. These will be described below.

<トウプリプレグ>
トウプリプレグとは、数千〜数万本のフィラメントが一方向に配列した強化繊維束に樹脂組成物を含浸させて得られる細幅の中間基材である。本発明のトウプリプレグは、後述する本発明のマトリックス樹脂組成物を強化繊維束に含浸させることにより得られる。この強化繊維束を構成するフィラメントの繊維径及び本数に特に制限は無いが、繊維径は3〜100μmであることが好ましく、本数は1,000〜70,000本であることが好ましい。
<Tow prepreg>
A tow prepreg is a narrow intermediate substrate obtained by impregnating a resin composition with a reinforcing fiber bundle in which several thousands to several tens of thousands of filaments are arranged in one direction. The tow prepreg of the present invention is obtained by impregnating a matrix resin composition of the present invention described later into a reinforcing fiber bundle. The fiber diameter and the number of filaments constituting the reinforcing fiber bundle are not particularly limited, but the fiber diameter is preferably 3 to 100 μm, and the number is preferably 1,000 to 70,000.

なお本発明における「繊維径」とは、それぞれの繊維の断面の等面積円相当直径のことである。   The term "fiber diameter" in the present invention means the equivalent area circle equivalent diameter of the cross section of each fiber.

繊維径が3μm未満では、例えばフィラメントが、各種加工プロセスにおいて、ロールやボビン等の表面で横方向(つまり繊維方向と直交する方向)に移動(以下「横移動」と称することがある。詳細は後述する。)する際に、切断したり毛羽だまりが生じたりする場合があり、100μmを越えるとフィラメントが硬くなり、屈曲性が低下する傾向がある。   If the fiber diameter is less than 3 μm, for example, the filament may move in a lateral direction (that is, a direction perpendicular to the fiber direction) on the surface of a roll, a bobbin, etc. When it does, it may be cut or fuzz may occur, and when it exceeds 100 μm, the filament becomes hard and the flexibility tends to decrease.

本発明における強化繊維束としてはガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、黒鉛繊維、ボロン繊維等、通常の繊維強化複合材料に使用される強化繊維を使用することができる。なかでも好ましくはJIS R 7601に準拠したストランド強度が3500MPa以上の炭素繊維、黒鉛繊維;より好ましくはストランド強度4500MPa以上の炭素繊維、黒鉛繊維;より一層好ましくはストランド強度が5000MPa以上の炭素繊維である。特に圧力容器や緊張材として使用する場合、使用する炭素繊維束のストランド強度は、強いほど好ましい。   As the reinforcing fiber bundle in the present invention, reinforcing fibers used for ordinary fiber reinforced composite materials such as glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, graphite fibers, boron fibers and the like can be used. Among them, carbon fibers with a strand strength of 3500 MPa or more according to JIS R 7601; graphitic fibers; more preferably carbon fibers with a strand strength of 4500 MPa or more; graphite fibers; still more preferably carbon fibers with a strand strength of 5000 MPa or more . In particular, when used as a pressure vessel or tendon, the strand strength of the carbon fiber bundle to be used is preferably as high as possible.

なお、強化繊維束が炭素繊維束である場合、フィラメントの繊維径は3〜12μm、本数は1,000〜70,000であることが好ましい。   When the reinforcing fiber bundle is a carbon fiber bundle, the fiber diameter of the filament is preferably 3 to 12 μm, and the number thereof is preferably 1,000 to 70,000.

繊維径が3μm未満では、例えばフィラメントが、各種加工プロセスにおいて、ロールやボビン等の表面で横移動を起こす際に、切断したり毛羽だまりが生じたりする場合がある。上限については、炭素繊維の製造上の困難性から、通常12μm程度である。   If the fiber diameter is less than 3 μm, for example, the filament may be cut or fuzzed when it causes lateral movement on the surface of a roll, a bobbin or the like in various processing processes. The upper limit is usually about 12 μm because of the difficulty in producing carbon fibers.

<トウプリプレグの解舒性>
トウプリプレグの製造方法に関しては後述するが、トウプリプレグはシート状のプリプレグとは異なり、通常フィルムや離型紙で表面を覆われることなく、ガラス繊維束や炭素繊維束と同様にそのまま紙管等のボビンに巻き取られる。そして紙管に巻き取られたトウプリプレグを解舒し使用する。
<Dissolvability of tow prepreg>
Although the method for producing the tow prepreg will be described later, unlike the sheet-like prepreg, the tow prepreg is not usually covered with the film or release paper, and the paper fiber etc. as it is with the glass fiber bundle or carbon fiber bundle. It is taken up on a bobbin. Then, the tow prepreg wound around a paper tube is unwound and used.

その為、トウプリプレグのタック(べたつき)が強いと、解舒の際の抵抗が強く高速での解舒が出来なかったり、強化繊維束の単糸が取られ上手く解舒出来ないという問題が生じる。   Therefore, if the tack (tackiness) of the tow prepreg is strong, there is a problem that the resistance during unwinding is strong and the unwinding at high speed can not be performed, or the single yarn of the reinforcing fiber bundle is taken and the unwinding can not be performed properly. .

<トウプリプレグの形態保持性>
通常トウプリプレグは紙管に、紙管の軸方向に往復させられながら巻き取られている。このためトウプリプレグの解舒の際、解舒されるトウプリプレグの位置が紙管の軸方向に動くためトウプリプレグの位置を固定するためのガイドを使用する必要がある。使用されるガイドの形状は様々であるが、一般に表面に周方向の溝を有し自由回転するロールや櫛状のものが使用される。解舒されたトウプリプレグはロール表面の溝や櫛の歯を通過させることでその位置が固定される。ロールや櫛に接触する際にトウプリプレグが折りたたまれることがあるが、トウプリプレグのタックが強すぎると折りたたまれたまま開かなくなってしまう。またトウプリプレグが包含するマトリックス樹脂組成物の粘度が低すぎる等の理由により、トウプリプレグが柔らかすぎると、ロールや櫛に接触する際の形状が変化する場合がある。トウプリプレグの形状が大きく変化してしまうと、成形品の品質や物性に悪影響を及ぼす場合があり問題である。
<Shape retention of tow prepreg>
Usually, the tow prepreg is wound around the paper tube while being reciprocated in the axial direction of the paper tube. For this reason, when unwinding the tow prepreg, it is necessary to use a guide for fixing the position of the tow prepreg, since the position of the tow prepreg to be unwound moves in the axial direction of the paper tube. Although the shape of the guide to be used varies, in general, a freely rotating roll or comb having circumferential grooves on the surface is used. The unwound tow prepreg is fixed in position by passing through the grooves on the surface of the roll and the teeth of the comb. When coming into contact with a roll or a comb, the tow prepreg may be folded, but if the tack of the tow prepreg is too strong, it will not be opened as it is folded. When the tow prepreg is too soft, for example, the shape of the matrix resin composition in contact with a roll or a comb may change due to the viscosity of the matrix resin composition contained in the tow prepreg being too low. If the shape of the tow prepreg changes significantly, the quality and physical properties of the molded product may be adversely affected, which is a problem.

<トウプリプレグの工程通過性>
例えばFW成形でトウプリプレグを使用する場合、一般にガイドやいくつかのロールを通過してマンドレルへ巻きつけられる。トウプリプレグのタックが強すぎると工程中のロール表面などでトウプリプレグが強く擦過し強化繊維束が傷つけられる場合がある。強化繊維束が傷つくと成形品の品質や物性に悪影響を及ぼす場合がある。
<Process passability of tow prepreg>
For example, when using a tow prepreg in FW forming, it is generally wound around a guide or several rolls to a mandrel. If the tack of the tow prepreg is too strong, the tow prepreg may be strongly abraded by the surface of the roll during the process, and the reinforcing fiber bundle may be damaged. When the reinforcing fiber bundle is damaged, the quality and physical properties of the molded product may be adversely affected.

本発明者らは鋭意検討の結果、粒子状の成分を含むマトリックス樹脂組成物を含浸させた強化繊維束からなり、以下に述べる手順で行われたタック試験の結果として得られる、平均最大ストレス値が5,000Pa〜55,000Paの範囲であるトウプリプレグが、紙管からの解舒性や工程通過性、形態保持性に優れることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors consisted of reinforcing fiber bundles impregnated with a matrix resin composition containing particulate components, and the average maximum stress value obtained as a result of the tack test conducted in the procedure described below It has been found that the tow prepreg, which is in the range of 5,000 Pa to 55,000 Pa, is excellent in the unwindability from a paper tube, the process passability, and the form retention.

<タック試験>
トウプリプレグのタックは以下のタック試験で測定できる。
<Tack test>
The tack of toe prepreg can be measured by the following tack test.

装置:タックテスターTA−500(株式会社ユービーエム製)
プランジャーの試料との接触面積:3.1cm
プランジャー押しつけ時間:10秒
プランジャー押しつけ圧力:90,000Pa
プランジャー上昇速度:1mm/秒
測定温度:23℃
測定湿度:50%RH
手順:
1)トウプリプレグを試料台に置き固定する。この際、プランジャーと接触するトウプリプレグの面は、当該トウプリプレグが紙管に巻かれていた時に見えていなかった面(即ち紙管側の面)とする。
2)プランジャーに90,000Paの圧力をかけ、トウプリプレグに10秒間押し当てる。
3)プランジャーを1mm/秒で上昇させる。
4)プランジャーを上昇させる間のストレス値の最大値を最大ストレス値とし、合計3回測定して、得られた最大ストレス値の平均値を平均最大ストレス値とする。
Device: Tack Tester TA-500 (manufactured by UBM)
Contact area of plunger with sample: 3.1 cm 2
Plunger pressing time: 10 seconds Plunger pressing pressure : 90,000 Pa
Plunger rise speed: 1 mm / sec Measurement temperature: 23 ° C
Measurement humidity: 50% RH
procedure:
1) Place the tow prepreg on the sample table and fix it. At this time, the surface of the tow prepreg in contact with the plunger is the surface (that is, the surface on the side of the paper tube) which was not visible when the tow prepreg was wound on the paper tube.
2) Apply a pressure of 90,000 Pa to the plunger and press the tow prepreg for 10 seconds.
3) Raise the plunger at 1 mm / sec.
4) The maximum value of the stress value during raising the plunger is taken as the maximum stress value, and measurement is made a total of three times, and the average value of the obtained maximum stress values is taken as the average maximum stress value.

タック試験で得られるトウプリプレグの平均最大ストレス値が55,000Paより大きいと、トウプリプレグの強いタックのため高速での解舒が出来なかったり、トウプリプレグが折りたたまれた場合に再び開くことが出来ないという問題が生じる。平均最大ストレス値が5,000Paより小さいと、FW成形を行う際にトウプリプレグがマンドレルにくっつかなかったり、マンドレルに巻きつけている際に滑ってしまったりする場合がある。本発明に係るトウプリプレグの平均最大ストレス値として、より好ましくは50,000Pa以下である。
If the average maximum stress value of the tow prepreg obtained in the tack test is larger than 55,000 Pa, the strong tack of the tow prepreg can not unravel at high speed, or it can be reopened when the tow prepreg is folded. The problem of no If the average maximum stress value is less than 5,000 Pa, the tow prepreg may not stick to the mandrel during FW forming, or may slip when wound onto the mandrel. The average maximum stress value of the tow prepreg according to the present invention is more preferably 50,000 Pa or less.

<マトリックス樹脂組成物の粘度>
トウプリプレグのタックの強弱に影響を与える大きな因子として、トウプリプレグが含有するマトリックス樹脂組成物の粘度がある。紙管からの解舒性や工程通過性、形態保持性に優れたトウプリプレグを得るためにはマトリックス樹脂組成物の30℃における粘度が5Pa・s〜300Pa・sであることが好ましく、さらには10Pa・s〜200Pa・sであることがより好ましく、10Pa・s〜100Pa・sであることが特に好ましい。
<Viscosity of matrix resin composition>
As a major factor affecting the strength of the tack of tow prepreg, there is the viscosity of the matrix resin composition contained in the tow prepreg. The viscosity of the matrix resin composition at 30 ° C. is preferably 5 Pa · s to 300 Pa · s in order to obtain a tow prepreg excellent in unwindability from process, processability, and shape retention. The pressure is more preferably 10 Pa · s to 200 Pa · s, and particularly preferably 10 Pa · s to 100 Pa · s.

マトリックス樹脂組成物の30℃における粘度が300Pa・sより大きいと、トウプリプレグのタックが強くなり、上述したタック試験結果の平均最大ストレス値が55,000Paより大きくなる場合や、トウプリプレグ製造工程において強化繊維束へマトリックス樹脂組成物を含浸させることが困難になる場合がある。またマトリックス樹脂組成物の30℃における粘度が5Pa・sより小さいと、平均最大ストレス値が5,000Paより小さくなってしまったり、トウプリプレグが柔らかくなりすぎガイドを通過する際にトウプリプレグの形状が変化する場合がある。   When the viscosity at 30 ° C. of the matrix resin composition is larger than 300 Pa · s, the tack of the tow prepreg becomes strong, and the average maximum stress value of the above-mentioned tack test results becomes larger than 55,000 Pa, or It may be difficult to impregnate the reinforcing resin bundle with the matrix resin composition. If the viscosity of the matrix resin composition at 30 ° C. is less than 5 Pa · s, the average maximum stress value is smaller than 5,000 Pa, or the shape of the tow prepreg is too soft when passing through the guide. It may change.

<マトリックス樹脂組成物の含有量>
トウプリプレグのタックの強弱に影響を与える他の大きな因子として、マトリックス樹脂組成物の含有量がある。
<Content of matrix resin composition>
Another major factor affecting the strength of toe prepreg tack is the content of the matrix resin composition.

トウプリプレグに含まれるマトリックス樹脂組成物の含有量は、20質量%以上、40質量%以下が好ましい。20質量%以下であると強化繊維束中に十分マトリックス樹脂組成物を容易に行き渡らせることが出来ず成形品に多くのボイドが発生することがある。マトリックス樹脂組成物の含有量が40質量%以上であるとタック試験結果の平均最大ストレス値が55,000Paより大きくなったり、強化繊維複合材料の繊維含有体積率が低くなってしまい機械特性を効果的に発現できなかったりする。解舒性や工程通過性、形態保持性がより優れ、かつ機械特性の性能をより効果的に発現させるためには、マトリックス樹脂組成物の含有量を20質量%以上、30質量%以下とすることがより好ましい。   The content of the matrix resin composition contained in the tow prepreg is preferably 20% by mass or more and 40% by mass or less. If the amount is 20% by mass or less, the matrix resin composition can not be sufficiently spread easily in the reinforcing fiber bundle, and many voids may be generated in the molded product. When the content of the matrix resin composition is 40% by mass or more, the average maximum stress value of the tack test result is larger than 55,000 Pa, or the fiber content volume ratio of the reinforcing fiber composite material is lowered, and the mechanical properties are effective. Can not be expressed. The content of the matrix resin composition is set to 20% by mass or more and 30% by mass or less in order to further improve the unwindability, processability, form retention, and mechanical property performance more effectively. Is more preferred.

紙管からの解舒性や工程通過性、及び形態保持性に優れた、タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000Pa〜55,000Paとなるトウプリプレグを得るためには、以下のマトリックス樹脂組成物を使用することが好ましい。   In order to obtain a tow prepreg having an average maximum stress value of 5,000 Pa to 55,000 Pa which is excellent in unwindability from a paper tube, processability, and form retention, the following matrix resin It is preferred to use the composition.

<マトリックス樹脂組成物1>
少なくとも下記の成分(A)〜(C)を含み、該成分(B)の含有量が成分(A)100質量部に対して5〜20質量部であり、成分(C)の含有量が特定有機化合物成分100質量部に対して1〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmであるマトリックス樹脂組成物。
<Matrix resin composition 1>
Containing at least the following components (A) to (C), the content of the component (B) is 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and the content of the component (C) is specified The matrix resin composition which is 1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of organic compound components, and whose primary particle diameter of component (C) is 1-30 micrometers.

成分(A):エポキシ樹脂
成分(B):三塩化ホウ素アミン錯体
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
すなわち該マトリックス樹脂組成物1は、前述した「粒子状の成分」として成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂を含む。また「特定有機化合物成分」については前述のとおりであり、マトリックス樹脂組成物1において成分(A)〜(C)以外に、後述する成分(E)やエポキシ樹脂に溶解させたポリエーテルスルホンの様な熱可塑性樹脂を含む場合は、成分(A)と成分(B)とその他の成分(E)、及びエポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂の全てが「特定有機化合物成分」に相当し、その合計100質量部に対する成分(C)の含有量を1〜30質量部とする。
Component (A): Epoxy resin Component (B): Boron trichloride amine complex Component (C): particulate thermoplastic resin That is, the matrix resin composition 1 is component (C) as the aforementioned "particulate component". : Contains particulate thermoplastic resin. The “specific organic compound component” is as described above, and in addition to the components (A) to (C) in the matrix resin composition 1, the state of polyether sulfone dissolved in the component (E) or epoxy resin described later When the thermoplastic resin is contained, the component (A), the component (B), the other component (E), and the thermoplastic resin dissolved in the epoxy resin all correspond to the "specific organic compound component", Content of the component (C) with respect to a total of 100 mass parts shall be 1-30 mass parts.

<マトリックス樹脂組成物2>
少なくとも下記の成分(A)、成分(C)および成分(D)を含み、かつ該成分(C)及び成分(D)の含有量の合計が特定有機化合物成分100質量部に対して3〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmであるマトリックス樹脂組成物。
<Matrix resin composition 2>
The composition contains at least the following component (A), component (C) and component (D), and the total content of the component (C) and component (D) is 3 to 30 based on 100 parts by mass of the specific organic compound component The matrix resin composition which is a mass part and whose primary particle diameter of a component (C) is 1-30 micrometers.

成分(A):エポキシ樹脂
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
成分(D):粒子状のエポキシ樹脂硬化剤、もしくは粒子状のエポキシ樹脂硬化剤および粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤
すなわち該マトリックス樹脂組成物2は、前述した「粒子状の成分」として成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂、及び成分(D):粒子状のエポキシ樹脂硬化剤、もしくは粒子状のエポキシ樹脂硬化剤及び粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤、を含む。また「特定有機化合物成分」については前述のとおりであり、マトリックス樹脂組成物2において成分(A)、成分(C)、成分(D)以外に、後述する成分(E)やエポキシ樹脂に溶解させたポリエーテルスルホンの様な熱可塑性樹脂を含む場合は、成分(A)とその他の成分(E)、及びエポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂の全てが「特定有機化合物成分」に相当し、その合計100質量部に対する成分(C)及び成分(D)の含有量の合計を3〜30質量部とする。
Component (A): Epoxy resin Component (C): particulate thermoplastic resin Component (D): particulate epoxy resin curing agent, or particulate epoxy resin curing agent and particulate epoxy resin curing assistant The matrix resin composition 2 contains the component (C) as a particulate component described above: particulate thermoplastic resin, and the component (D): particulate epoxy resin curing agent, or particulate epoxy resin curing agent And a particulate epoxy resin curing aid. The “specific organic compound component” is as described above, and in the matrix resin composition 2, in addition to the component (A), the component (C), and the component (D), it is dissolved in the component (E) or epoxy resin described later In the case of including a thermoplastic resin such as polyether sulfone, the component (A) and the other component (E), and the thermoplastic resin dissolved in the epoxy resin all correspond to the "specific organic compound component", The total content of the component (C) and the component (D) is 3 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total.

<成分(A)>
成分(A)はエポキシ樹脂である。
<Component (A)>
Component (A) is an epoxy resin.

通常、エポキシ樹脂という用語は熱硬化性樹脂の一つのカテゴリーの名称、および分子内にエポキシ基を有する化合物という化学物質のカテゴリーの名称として用いられるが、本発明においては後者の意味で用いられる。   Usually, the term epoxy resin is used as the name of one category of thermosetting resin and the name of the category of chemical substance having a compound having an epoxy group in the molecule, but in the present invention, it is used in the latter meaning.

成分(A)としては、分子内に芳香族環を有する2官能のエポキシ樹脂を主として、または成分(A)の全量として使用することが好ましい。分子内に芳香族環を有する2官能のエポキシ樹脂を使用することにより、マトリックス樹脂組成物の粘度を適した範囲に調整することが出来、かつ硬化物の機械的特性を適正な範囲に調整することができる。   As the component (A), it is preferable to use a difunctional epoxy resin having an aromatic ring in the molecule as a main component or the total amount of the component (A). By using a bifunctional epoxy resin having an aromatic ring in the molecule, the viscosity of the matrix resin composition can be adjusted to an appropriate range, and the mechanical properties of the cured product are adjusted to an appropriate range. be able to.

なお、ここでいう「2官能のエポキシ樹脂」とは、分子内に2個のエポキシ基を有する化合物を意味する。   In addition, the "bifunctional epoxy resin" here means the compound which has two epoxy groups in a molecule | numerator.

分子内に芳香族環を有する2官能のエポキシ樹脂における芳香族環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環等が挙げられる。   Examples of the aromatic ring in the bifunctional epoxy resin having an aromatic ring in the molecule include a benzene ring, a naphthalene ring, a fluorene ring and the like.

分子内に芳香族環を有する2官能の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S型エポキシ樹脂、レゾルシンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ヒドロキノンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、テレフタル酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスクレゾールフルオレンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、さらに2種以上のエポキシ樹脂を併用しても良い。   Examples of the bifunctional epoxy resin having an aromatic ring in the molecule include bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, bisphenol S epoxy resin, resorcinol diglycidyl ether epoxy resin, hydroquinone diglycidyl ether epoxy Resin, terephthalic acid diglycidyl ester type epoxy resin, bis phenoxy ethanol orange glycidyl ether type epoxy resin, bisphenol fluoro orange glycidyl ether type epoxy resin, bis cresol fluoro orange glycidyl ether type epoxy resin, etc. may be mentioned, but are limited thereto Instead of the epoxy resin, two or more epoxy resins may be used in combination.

中でも分子内に芳香族環を有する2官能のエポキシ樹脂としては、マトリックス樹脂組成物の粘度を適した範囲に調整することが出来、かつ硬化物の機械的特性を適正な範囲に調整することができる点から、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましく、特にエポキシ当量が170g/eq以上、200g/eq以下である液状のビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましい。   Above all, as a bifunctional epoxy resin having an aromatic ring in the molecule, the viscosity of the matrix resin composition can be adjusted to a suitable range, and the mechanical properties of the cured product can be adjusted to a proper range. From the point of view, bisphenol A type epoxy resin is preferable, and in particular, liquid bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resin having an epoxy equivalent of 170 g / eq or more and 200 g / eq or less is preferable.

<成分(B)>
成分(B)は、三ハロゲン化ホウ素アミン錯体である。
<Component (B)>
Component (B) is a boron trihalide amine complex.

三ハロゲン化ホウ素アミン錯体としては、三塩化ホウ素や三フッ化ホウ素等のハロゲン化ホウ素と有機アミンとからなる錯体が好ましい。即ち、成分(B)としては、三塩化ホウ素アミン錯体や三フッ化ホウ素アミン錯体が好ましい。   As the boron trihalide amine complex, a complex comprising a boron halide such as boron trichloride or boron trifluoride and an organic amine is preferable. That is, as the component (B), a boron trichloride amine complex and a boron trifluoride amine complex are preferable.

具体的には、例えば三フッ化ホウ素アニリン錯体、三フッ化ホウ素p−クロロアニリン錯体、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体、三フッ化ホウ素イソプロピルアミン錯体、三フッ化ホウ素ベンジルアミン錯体、三フッ化ホウ素ジメチルアミン錯体、三フッ化ホウ素ジエチルアミン錯体、三フッ化ホウ素ジブチルアミン錯体、三フッ化ホウ素ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素ジベンジルアミン錯体、これらに於けるフッ素原子が塩素原子に置き換わった化合物、及び三塩化ホウ素ジメチルオクチルアミン錯体等が挙げられる。   Specifically, for example, a boron trifluoride aniline complex, a boron trifluoride p-chloroaniline complex, a boron trifluoride ethylamine complex, a boron trifluoride isopropylamine complex, a boron trifluoride benzylamine complex, a boron trifluoride A dimethylamine complex, a boron trifluoride diethylamine complex, a boron trifluoride dibutylamine complex, a boron trifluoride piperidine complex, a boron trifluoride dibenzylamine complex, a compound in which a fluorine atom is replaced by a chlorine atom, and Examples include boron trichloride dimethyloctylamine complex and the like.

これら錯体の中でも特にエポキシ樹脂に対する溶解性が優れ、含有する組成物のポットライフが優れ、工業的に入手が容易である三塩化ホウ素ジメチルオクチルアミン錯体が好ましく使用できる。   Among these complexes, a boron trichloride dimethyloctylamine complex which is particularly excellent in the solubility in epoxy resin, the pot life of the composition to be contained, and industrially easy to obtain can be preferably used.

これら錯体を硬化剤として使用することによって作製された繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂組成物と強化繊維の表面との接着の強さにおいて、優れた引張強度を発現するのに適した強さを得ることが出来る。   The fiber-reinforced composite material produced by using these complexes as a curing agent has a strength suitable for developing excellent tensile strength in the strength of adhesion between the matrix resin composition and the surface of the reinforcing fiber. You can get it.

前記成分(A)として、分子内に芳香族環を有するエポキシ樹脂を使用する場合は、より低温で短時間に硬化できることから、成分(B)として三塩化ホウ素アミン錯体を使用することが好ましい。   When an epoxy resin having an aromatic ring in the molecule is used as the component (A), it is preferable to use a boron trichloride amine complex as the component (B) because it can be cured in a short time at a lower temperature.

成分(B)の好ましい配合量は、本発明のマトリックス樹脂組成物中に含まれる成分(A)100質量部に対して、通常5質量部以上、好ましくは8質量部以上であり、また通常20質量部以下、好ましくは18質量部以下、より好ましくは17質量部以下である。成分(B)の配合量が著しく多い、又は著しく少ない場合、硬化樹脂の耐熱性が低くなってしまう場合がある。   The preferable blending amount of the component (B) is usually 5 parts by mass or more, preferably 8 parts by mass or more, and usually 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A) contained in the matrix resin composition of the present invention. It is not more than mass part, preferably not more than 18 mass parts, more preferably not more than 17 mass parts. When the blending amount of the component (B) is extremely large or extremely small, the heat resistance of the cured resin may be lowered.

<成分(C)>
成分(C)は粒子状の熱可塑性樹脂である。
<Component (C)>
Component (C) is a particulate thermoplastic resin.

熱可塑性樹脂としてはポリアミド、ポリエチレン、ポリビニルホルマール、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、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が挙げられる。   Examples of the thermoplastic resin include polyamide, polyethylene, polyvinyl formal, polyether sulfone, polyphenyl sulfone, polysulfone, polyether imide, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyether ether ketone, polyether ether sulfone and the like.

また成分(C)の一次粒子径としては、レーザー回折・散乱式粒度分析計で測定したザウタミーン径(Sauter’s mean diameter(ザウター平均粒径)。SMD)が1μm〜30μmであることが好ましく、さらに2μm〜15μmであることがより好ましい。成分(C)を強化繊維束中に含むことで、単繊維同士が密に充填することを防ぐ効果が得られる。これにより強化繊維束中の空隙の体積を大きくして、強化繊維束中により多くのマトリックス樹脂組成物を含有可能となり、十分にマトリックス樹脂組成物が含浸していればトウプリプレグ表層に存在するマトリックス樹脂組成物を減らすことができる。トウプリプレグ表層に存在するマトリックス樹脂組成物を減らすことにより、トウプリプレグのタックを低減することができる。   Further, as the primary particle diameter of the component (C), it is preferable that the Sautamine diameter (Sauter's mean diameter (Sauter average particle diameter), SMD) measured by a laser diffraction / scattering particle size analyzer is 1 μm to 30 μm, More preferably, it is 2 μm to 15 μm. By including the component (C) in the reinforcing fiber bundle, an effect of preventing single fibers from being densely packed can be obtained. As a result, the volume of voids in the reinforcing fiber bundle can be increased, and more matrix resin composition can be contained in the reinforcing fiber bundle, and if sufficiently impregnated with the matrix resin composition, the matrix present in the surface of the tow prepreg The resin composition can be reduced. By reducing the matrix resin composition present on the surface of the tow prepreg, the tack of the tow prepreg can be reduced.

またさらに、比較的低粘度であるマトリックス樹脂組成物を強化繊維束へ含浸して成るトウプリプレグは、外力が加わると容易に形態が変化し、マトリックス樹脂組成物の表面張力によりトウプリプレグの幅は細く、断面は丸くなってしまう。成分(C)を強化繊維束中に存在させることで、上述のトウプリプレグの形態変化を抑制することが出来る。   Furthermore, the form of the tow prepreg formed by impregnating the reinforcing fiber bundle with the matrix resin composition having a relatively low viscosity changes easily when an external force is applied, and the width of the tow prepreg is increased by the surface tension of the matrix resin composition. It is thin and the cross section is rounded. The presence of the component (C) in the reinforcing fiber bundle can suppress the change in the shape of the above-described tow prepreg.

成分(C)の一次粒子径が1μmよりも小さいと、強化繊維束中の単繊維同士が密に充填することを防ぐ効果が得られない可能性があり、また30μmよりも大きいと、強化繊維束にマトリックス樹脂組成物を含浸させる際に成分(C)が極端に濾別されてしまい、強化繊維束中の単繊維同士が密に充填することを防ぐ効果が得られなかったり、トウプリプレグ製造工程やトウプリプレグを使用したFW工程において濾別された成分(C)がロールやガイドに付着し堆積して、工程トラブルの原因となったりする可能性がある。   If the primary particle diameter of the component (C) is smaller than 1 μm, there is a possibility that the effect of preventing the close packing of single fibers in the reinforcing fiber bundle may not be obtained, and if larger than 30 μm, the reinforcing fiber When the bundle is impregnated with the matrix resin composition, the component (C) is extremely separated by filtration, and the effect of preventing the single fibers in the reinforcing fiber bundle from being densely packed can not be obtained. The component (C) separated by filtration in the process or FW process using tow prepreg may adhere to and accumulate on the roll or the guide, which may cause a process problem.

タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000Pa〜55,000Paとなるトウプリプレグとするためには、上述したマトリックス樹脂組成物1では、特定有機化合物成分100質量部に対して、成分(C)の含有量を1〜30質量部とすることが好ましく、さらに成分(C)を2〜10質量部とすることがより好ましい。成分(C)の量が少なすぎると、十分に強化繊維束中の繊維間の空隙の体積を十分に大きくすることが困難になる可能性があり、また多すぎると、強化繊維束中の空隙の体積が大きくなり過ぎ、当該トウプリプレグを使用して作製した成形品に多くのボイドが生じる場合がある。   In order to obtain a tow prepreg having an average maximum stress value of 5,000 Pa to 55,000 Pa as a tack test result, in the matrix resin composition 1 described above, component (C) with respect to 100 parts by mass of the specific organic compound component The content of is preferably 1 to 30 parts by mass, and more preferably 2 to 10 parts by mass of component (C). If the amount of component (C) is too small, it may be difficult to sufficiently increase the volume of voids between fibers in the reinforcing fiber bundle, and if too large, the voids in the reinforcing fiber bundle The volume of the mold may become too large, and many voids may occur in a molded article produced using the tow prepreg.

また上述したマトリックス樹脂組成物2では、特定有機化合物成分100質量部に対して、成分(C)と後述する成分(D)との合計含有量を3〜30質量部とすることが好ましく、4〜20質量部とすることがより好ましい。さらに成分(C)の含有量を5〜10質量部とすることが特に好ましい。   In the matrix resin composition 2 described above, the total content of the component (C) and the component (D) described later is preferably 3 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the specific organic compound component. It is more preferable to set it as -20 mass parts. Furthermore, it is especially preferable to make content of a component (C) into 5-10 mass parts.

成分(C)と成分(D)を併用する場合、成分(D)によるマトリックス樹脂組成物の硬化性と、上述したような強化繊維束中の繊維間に適度な空隙を設ける作用を勘案すると、その合計含有量を3質量部以上とすることが好ましく、また上限値は、上述のマトリックス樹脂組成物1の場合等同様の理由により、30質量部とすることが好ましい。   When the component (C) and the component (D) are used in combination, considering the curability of the matrix resin composition by the component (D) and the action of providing an appropriate gap between the fibers in the reinforcing fiber bundle as described above, The total content is preferably 3 parts by mass or more, and the upper limit is preferably 30 parts by mass for the same reasons as in the case of matrix resin composition 1 described above.

<成分(D)>
成分(D)は粒子状のエポキシ樹脂硬化剤、もしくは粒子状のエポキシ樹脂硬化剤および粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤(併用)である。
<Component (D)>
Component (D) is a particulate epoxy resin curing agent, or a particulate epoxy resin curing agent and a particulate epoxy resin curing aid (combination use).

前記成分(D)における粒子状のエポキシ樹脂硬化剤は、エポキシ樹脂イミダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物、ジシアンジアミド及び芳香族ポリアミンからなる群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。 また、粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤は、エポキシ樹脂イミダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物及びウレア化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。但し、該エポキシ樹脂硬化助剤としては、併用する粒子状のエポキシ樹脂硬化剤とは異なる化合物を選択する。   The particulate epoxy resin curing agent in the component (D) is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin imidazole adduct compound, an epoxy resin amine adduct compound, a modified aliphatic amine compound, dicyandiamide and an aromatic polyamine Is preferred. The particulate epoxy resin curing aid is preferably at least one selected from the group consisting of an epoxy resin imidazole adduct compound, an epoxy resin amine adduct compound, a modified aliphatic amine compound, and a urea compound. However, a compound different from the particulate epoxy resin curing agent used in combination is selected as the epoxy resin curing aid.

また成分(D)の平均粒子径としては、レーザー回折・散乱式粒度分析計で測定したザウタミーン径が1μm〜30μmであることが好ましく、さらに2μm〜15μmであることがより好ましい。成分(D)は、成分(A)エポキシ樹脂を硬化させるだけではなく、上述の成分(C)と同様の効果、すなわち強化繊維束中の繊維間に適度な空隙を設ける効果を奏する。   The average particle diameter of the component (D) is preferably 1 μm to 30 μm, and more preferably 2 μm to 15 μm, of the sautamin diameter measured by a laser diffraction / scattering type particle size analyzer. The component (D) not only cures the component (A) epoxy resin but also exerts the same effect as the component (C) described above, that is, an effect of providing an appropriate gap between fibers in the reinforcing fiber bundle.

タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000Pa〜55,000Paとなるトウプリプレグとし、かつ成分(A)エポキシ樹脂を十分に硬化するためには、上述したマトリックス樹脂組成物2において、特定有機化合物成分100質量部に対して、成分(C)と成分(D)の含有量の合計を3〜30質量部とすることが好ましく、4〜20質量部とすることがより好ましい。さらに成分(C)の含有量を5〜10質量部とすることが特に好ましい。   In order to obtain a tow prepreg having an average maximum stress value of 5,000 Pa to 55,000 Pa as a tack test result, and to sufficiently cure the component (A) epoxy resin, in the matrix resin composition 2 described above, the specific organic compound The total content of the components (C) and (D) is preferably 3 to 30 parts by mass, and more preferably 4 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the components. Furthermore, it is especially preferable to make content of a component (C) into 5-10 mass parts.

3質量部より少ないと、十分に強化繊維束中の空隙の体積を大きくすることができなかったり、成分(A)エポキシ樹脂を十分に硬化できない可能性がある。また30質量部より多いと、強化繊維束中の空隙の体積が大きくなり過ぎ、当該トウプリプレグを使用して作製した成形品に多くのボイドが生じたり、硬化剤過多のため硬化物の機械特性が低下したりする場合がある。   When the amount is less than 3 parts by mass, the volume of the voids in the reinforcing fiber bundle may not be sufficiently increased, or the component (A) epoxy resin may not be sufficiently cured. If the amount is more than 30 parts by mass, the volume of the voids in the reinforcing fiber bundle becomes too large, and many voids are generated in a molded article produced using the tow prepreg, or the mechanical properties of the cured product due to excessive curing agent. May decrease.

<成分(E)>
本発明のマトリックス樹脂組成物は、マトリックス樹脂組成物1及び2のいずれも、更に成分(E):ゴム粒子を含有していても良い。
<Component (E)>
In the matrix resin composition of the present invention, any of matrix resin compositions 1 and 2 may further contain component (E): rubber particles.

成分(E)は、硬化後のマトリックス樹脂組成物の靱性向上のために配合される。成分(E)としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に架橋ゴム粒子を構成するポリマーとは異なるポリマーをグラフト重合したコアシェル型ゴム粒子からなる群から選択される少なくとも1つのゴム粒子が、好ましく用いられる。   Component (E) is blended to improve the toughness of the matrix resin composition after curing. Component (E) includes at least one rubber particle selected from the group consisting of crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft polymerizing a polymer different from the polymer constituting the crosslinked rubber particles on the surface of the crosslinked rubber particles. Preferably used.

架橋ゴム粒子については、ゴムの種類は制限されず、例えばブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコ−ンゴム、ブチルゴム、NBR,SBR,IR,EPR等が用いられる。架橋ゴム粒子の例としては、製品名:YR−500シリーズ(東都化成(株)製)等が挙げられる。   With respect to the crosslinked rubber particles, the type of rubber is not limited, and for example, butadiene rubber, acrylic rubber, silicone rubber, butyl rubber, NBR, SBR, IR, EPR and the like are used. As an example of a crosslinked rubber particle, product name: YR-500 series (made by Tohto Kasei Co., Ltd.) etc. is mentioned.

コアシェル型ゴム粒子を構成するコア成分としては、前記架橋ゴム粒子と同様のものが挙げられる。中でもスチレンとブタジエンから構成される架橋ゴム状ポリマーが、靭性向上効果が高く好ましい。   As a core component which comprises core-shell type rubber particles, the thing similar to the said crosslinked rubber particle is mentioned. Among them, a crosslinked rubbery polymer composed of styrene and butadiene is preferable because of its high toughness improvement effect.

コアシェル型ゴム粒子を構成するシェル成分は、前記したコア成分にグラフト重合されており、コア成分を構成するポリマーと化学結合していることが好ましい。なお、ここでいう「化学結合」とは、原子又はイオンを結びつけて、分子又は結晶を形成させる原子間の結合を意味する。特に、ここでの化学結合は電子対が二つの原子に共有されることにより形成される共有結合を意味する。   The shell component constituting the core-shell rubber particles is preferably graft-polymerized to the above-mentioned core component and preferably chemically bonded to the polymer constituting the core component. The term "chemical bond" as used herein means a bond between atoms that combines atoms or ions to form a molecule or a crystal. In particular, the chemical bond here means a covalent bond formed by the electron pair being shared by two atoms.

かかるシェル成分を構成する成分としては、例えばアクリル酸エステル系モノマー、及びメタクリル酸エステル系モノマー、及び芳香族系ビニルモノマー等からなる群から選択される少なくとも1種が重合した重合体を用いることができる。コア成分としてスチレンとブタジエンから構成される架橋ゴム状ポリマーを使用する場合、シェル成分としては、メタクリル酸エステルであるメタクリル酸メチルと芳香族ビニル化合物であるスチレンの混合体を好適に用いることができる。   As a component constituting such a shell component, it is possible to use, for example, a polymer obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of an acrylic acid ester type monomer, a methacrylic acid ester type monomer, and an aromatic vinyl monomer. it can. When a crosslinked rubbery polymer composed of styrene and butadiene is used as the core component, a mixture of methyl methacrylate which is a methacrylic acid ester and styrene which is an aromatic vinyl compound can be suitably used as the shell component. .

また、前記シェル成分には、該コアシェル型ゴム粒子の分散状態を安定化させるために、成分(A)、すなわちエポキシ樹脂と反応する官能基が導入されていることが好ましい。かかる官能基としては、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基が挙げられ、中でもエポキシ基が好ましい。エポキシ基を導入する方法としては、前記したシェル成分に、例えばメタクリル酸2,3−エポキシプロピルを併用して、コア成分にグラフト重合する方法がある。   In addition, it is preferable that a functional group that reacts with the component (A), that is, an epoxy resin, be introduced into the shell component in order to stabilize the dispersed state of the core-shell type rubber particles. As such a functional group, for example, a hydroxyl group, a carboxyl group and an epoxy group can be mentioned, and among these, an epoxy group is preferable. As a method of introducing an epoxy group, there is a method of graft polymerization on the core component by using, for example, 2,3-epoxypropyl methacrylate in combination with the above-mentioned shell component.

具体的な市販品としては、アクリルゴムを使用した製品名:W−5500或いは製品名:J−5800(三菱レイヨン(株)製)、シリコーン・アクリル複合ゴムを使用した製品名:SRK−200E(三菱レイヨン(株)製)、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる製品名:パラロイドEXL−2655(呉羽化学工業(株)製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる製品名:スタフィロイドAC−3355或いは製品名:TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる製品名:PARALOID EXL−2611或いは製品名:EXL−3387(Rohm&Haas社製)等を挙げることができる。   As a specific commercial product, product name using acrylic rubber: W-5500 or product name: J-5800 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), product name using silicone / acrylic composite rubber: SRK-200E ( Product name consisting of Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product of butadiene, alkyl methacrylate and styrene copolymer: product of Paraloid EXL-2655 (manufactured by Kuwaha Chemical Industry Co., Ltd.), copolymer of acrylic acid ester and methacrylic acid ester Name: Staphyloid AC-3355 or product name: TR-2122 (made by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), product name consisting of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer: PARALOID EXL-2611 or product name: EXL-3387 (Made by Rohm & Haas) etc. can be mentioned.

成分(E)は、マトリックス樹脂組成物の調製時に攪拌機やロールミル等を使用して成分(A)中へ分散してもよいが、成分(E)が予めエポキシ樹脂に分散されたマスターバッチ型のゴム粒子分散エポキシ樹脂を用いると、マトリックス樹脂組成物の調製時間を短縮するだけでなく、マトリックス樹脂組成物中のゴム粒子の分散状態を良好にすることが出来るので好ましい。さらにはゴム粒子とマトリックス樹脂成分が、化学結合又は物理結合しているものが特に好ましい。   The component (E) may be dispersed in the component (A) using a stirrer, a roll mill or the like at the time of preparation of the matrix resin composition, but a masterbatch type in which the component (E) is dispersed in advance in an epoxy resin The use of the rubber particle-dispersed epoxy resin is preferable because not only the preparation time of the matrix resin composition can be shortened but also the dispersion state of the rubber particles in the matrix resin composition can be improved. Furthermore, it is particularly preferable that the rubber particles and the matrix resin component are chemically or physically bonded.

このようなマスターバッチ型の架橋ゴム粒子分散エポキシ樹脂としては、アクリルゴムを含有した製品名:BPF307或いは製品名:BPA328(日本触媒(株)製);スチレン及びブタジエンの共重合体のコア成分とメタクリル酸メチルを含み、かつエポキシ樹脂と反応する官能基を有するシェル成分とからなるコアシェルゴム粒子を含有した製品名:MX−113或いは製品名:MX−416;ブタジエンゴムを含有した製品名:MX−156;シリコンゴムを含有した製品名:MX−960(カネカ(株)製)等が挙げられる。   Such masterbatch-type crosslinked rubber particle-dispersed epoxy resin includes acrylic rubber-containing product name: BPF 307 or product name: BPA 328 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.); core component of copolymer of styrene and butadiene Product Name: MX-113 or Product Name: MX-416; Product Name Containing Butadiene Rubber: Product Name Containing Core Shell Rubber Particles Containing Methyl Methacrylate and a Shell Component Having a Functional Group Reactive with an Epoxy Resin Product Name: MX -156; Product name containing silicone rubber: MX-960 (manufactured by Kaneka Co., Ltd.) and the like.

なお、硬化後のマトリックス樹脂組成物の靭性向上のため、特に後述する圧力容器に使用した場合の破壊圧力の向上効果のためには、成分(E)はブタジエンゴムを含むゴム粒子であることが好ましい。すなわち、ブタジエンゴム粒子や、ブタジエンゴム粒子をコア成分とするコアシェル型ゴム粒子が好ましく、ブタジエンゴム粒子をコア成分とするコアシェル型ゴム粒子が特に好ましい。   In order to improve the toughness of the matrix resin composition after curing, particularly for improving the breaking pressure when used in a pressure vessel described later, the component (E) should be rubber particles containing butadiene rubber. preferable. That is, butadiene rubber particles and core-shell rubber particles having butadiene rubber particles as a core component are preferable, and core-shell rubber particles having butadiene rubber particles as a core component are particularly preferable.

またマトリックス樹脂組成物の硬化物中における成分(E)の粒径は、50nm以上、400nm以下であることが好ましく、50nm以上、300nm以下であることがより好ましい。硬化物中の成分(E)の粒径は、以下の方法で測定することができる。   The particle diameter of the component (E) in the cured product of the matrix resin composition is preferably 50 nm or more and 400 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 300 nm or less. The particle size of the component (E) in the cured product can be measured by the following method.

<成分(E)の粒径を走査型電子顕微鏡(SEM)で確認可能な場合>
ASTM D5045に準拠して硬化樹脂の破壊靱性値を測定した際の試験体破面の任意の100μmの範囲をSEMを用いて観察し、確認された成分(E)の粒径、又は成分(E)が抜け落ちた凹部の径を任意の10箇所測定してその平均値を成分(E)の硬化物中の粒径とする。
<When the particle size of the component (E) can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM)>
The particle diameter of the component (E) or component (E) confirmed by observing an arbitrary range of 100 μm 2 of the fracture surface of the test body when the fracture toughness value of the cured resin is measured according to ASTM D5045 E) The diameter of the recessed part which dropped off is measured at any ten places, and the average value thereof is taken as the particle size in the cured product of component (E).

<成分(E)の粒径をSEMで確認困難な場合>
硬化樹脂板をジクロロメタンに浸漬し成分(E)を溶出させる。成分(E)を溶出させた硬化樹脂板の任意の100μmの範囲を走査型プローブ顕微鏡で観察し、確認された成分(E)が溶出した凹部の径を任意の10箇所測定してその平均値を成分(E)の硬化物中の粒径とする。
<If the particle size of the component (E) is difficult to confirm by SEM>
The cured resin plate is immersed in dichloromethane to elute the component (E). An arbitrary 100 μm 2 range of the cured resin plate in which the component (E) is eluted is observed with a scanning probe microscope, and the diameter of the concave part where the identified component (E) is eluted is measured at any ten locations and the average thereof Let the value be the particle size in the cured product of component (E).

硬化物中の粒径を前記範囲内とするためには、好ましくは一次粒子の体積平均粒子径が50nm以上、400nm以下、より好ましくは50nm以上、300nm以下の成分(E)を使用し、攪拌機やロールミル等を使用して成分(A)中へ分散させ、又は成分(E)が予め成分(A)に分散されたマスターバッチ型のゴム粒子分散エポキシ樹脂を用いて、マトリックス樹脂組成物を調製することにより、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物中における成分(E)の粒径を上記範囲内に制御することができる。なお、ゴム粒子の一次粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計等で測定することができる。   In order to bring the particle size in the cured product into the above range, it is preferable to use a component (E) in which the volume average particle size of the primary particles is 50 nm or more and 400 nm or less, more preferably 50 nm or more and 300 nm or less. A matrix resin composition is prepared using a masterbatch type rubber particle-dispersed epoxy resin dispersed in component (A) using a roll mill or the like, or in which component (E) is previously dispersed in component (A). By doing this, the particle size of the component (E) in the cured product of the epoxy resin composition can be controlled within the above range. The volume average particle size of the primary particles of the rubber particles can be measured by a laser diffraction / scattering type particle size analyzer or the like.

成分(E)の好ましい配合量は、本発明のマトリックス樹脂組成物中に含まれる成分(A)100質量部に対して、通常10質量部以上、好ましくは16質量部以上、更に好ましくは20質量部以上であり、また通常110質量部以下、好ましくは100質量部以下、さらに好ましくは80質量部以下である。   The preferable blending amount of the component (E) is usually 10 parts by mass or more, preferably 16 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A) contained in the matrix resin composition of the present invention. The amount is usually 110 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass or less, and more preferably 80 parts by mass or less.

成分(E)が著しく多い場合は成分(A)への分散が困難となったり、マトリックス樹脂組成物が高粘度となり取り扱いや強化繊維束への含浸が困難となったり、作製したトウプリプレグのタックが強くなったりする場合がある。逆に成分(E)が著しく少ない場合は硬化後のマトリックス樹脂組成物の靭性向上が不十分で、成分(E)配合の効果が得られない場合がある。   When the component (E) is extremely large, dispersion in the component (A) becomes difficult, the matrix resin composition has a high viscosity, and handling and impregnation into reinforcing fiber bundles become difficult, and tack of the produced tow prepreg May become stronger. On the other hand, when the amount of the component (E) is extremely small, the improvement in toughness of the matrix resin composition after curing is insufficient, and the effect of the component (E) may not be obtained.

<添加剤>
さらに、本発明のマトリックス樹脂組成物には、シリカ粉末、アエロジル、マイクロバルーン、三酸化アンチモン、アルミナ、酸化チタン等の無機粒子、リン化合物等の難燃剤、カーボンブラック、活性炭等の炭素粒子、成分(A)エポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂、また、消泡剤、湿潤剤等の添加剤を目的に応じて、本発明の効果を損なわない程度配合してもよい。
<Additives>
Furthermore, the matrix resin composition of the present invention may be silica powder, Aerosil, microballoon, inorganic particles such as antimony trioxide, alumina, titanium oxide etc., flame retardants such as phosphorus compounds, carbon particles such as carbon black, activated carbon, etc. (A) A thermoplastic resin dissolved in an epoxy resin, and additives such as an antifoaming agent and a wetting agent may be blended according to the purpose to such an extent that the effect of the present invention is not impaired.

成分(A)、すなわちエポキシ樹脂に溶解させた熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド、ポリエチレン、ポリビニルホルマール、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、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が挙げられる。   Component (A), that is, a thermoplastic resin dissolved in an epoxy resin, for example, polyamide, polyethylene, polyvinyl formal, polyether sulfone, polyphenyl sulfone, polysulfone, polysulfone, polyether imide, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyether Ether ketone, polyether ether sulfone etc. are mentioned.

本発明のトウプリプレグは、公知のいずれの製造方法でも作製することができる。なかでも以下の手順で作製することが好ましい。   The tow prepreg of the present invention can be produced by any known production method. Among them, it is preferable to prepare according to the following procedure.

<好ましいトウプリプレグ製造方法>
(1)予め加熱、拡幅した強化繊維束(トウ)の少なくとも片面にマトリックス樹脂組成物を供給する。
(2)供給したマトリックス樹脂組成物を強化繊維束へ均一に含浸させる。
(3)トウプリプレグの温度を室温程度まで冷却する。
(4)トウプリプレグを紙管等に巻取る。
<Preferred tow prepreg production method>
(1) The matrix resin composition is supplied to at least one surface of the reinforcing fiber bundle (tow) which has been heated and spread in advance.
(2) The impregnated matrix resin composition is uniformly impregnated into the reinforcing fiber bundle.
(3) The temperature of the tow prepreg is cooled to about room temperature.
(4) The tow prepreg is wound on a paper tube or the like.

上記工程(1)に供される強化繊維束は、拡幅され扁平形状であることが、マトリックス樹脂組成物との接触面積が広くなるため望ましい。拡幅させる方法としては、円筒バーで擦過させる方法、振動を加える方法、及び押しつぶす方法等が挙げられる。さらに強化繊維束を拡幅する際は、強化繊維束に通常塗布されているサイズ剤を軟化させ拡幅しやすくするため、塗布されたサイズ剤の軟化点程度まで強化繊維束を加熱することが好ましい。さらにこのトウの予備加熱は、マトリックス樹脂組成物が強化繊維束内へ浸透する時に、該樹脂組成物の温度が低下しないように、予め強化繊維束の温度を上昇させておく効果もある。加熱により強化繊維束の温度を、マトリックス樹脂組成物の強化繊維束との接触前の温度以上にしておけば、強化繊維束とマトリックス樹脂組成物の接触後の強化繊維束の温度は、接触前の樹脂温度より低くなることはない。加熱方法としては加熱体との接触加熱、及び赤外線加熱、雰囲気加熱等の非接触加熱法がいずれも使用可能である。   It is desirable that the reinforcing fiber bundle to be subjected to the step (1) be widened and have a flat shape, because the contact area with the matrix resin composition becomes wide. Examples of the method of widening include a method of rubbing with a cylindrical bar, a method of applying vibration, and a method of crushing. Furthermore, when widening the reinforcing fiber bundle, it is preferable to heat the reinforcing fiber bundle to about the softening point of the applied sizing agent in order to soften and facilitate the spreading of the sizing agent usually applied to the reinforcing fiber bundle. Furthermore, this preheating of the tow also has the effect of raising the temperature of the reinforcing fiber bundle in advance so that the temperature of the resin composition does not decrease when the matrix resin composition penetrates into the reinforcing fiber bundle. If the temperature of the reinforcing fiber bundle is heated to a temperature before the contact with the reinforcing fiber bundle of the matrix resin composition by heating, the temperature of the reinforcing fiber bundle after the contact between the reinforcing fiber bundle and the matrix resin composition is before the contact Never lower than the resin temperature of As a heating method, any of noncontact heating methods such as contact heating with a heating body, infrared heating, atmosphere heating and the like can be used.

本発明において、強化繊維束の拡幅はインラインで実施してもオフラインで実施してもよい。例えば市販の拡幅されたテープ状強化繊維束はオフラインで拡幅された強化繊維束とみなされる。   In the present invention, the widening of the reinforcing fiber bundle may be performed inline or off-line. For example, commercially available spread tape-like reinforcing fiber bundles are regarded as off-line expanded reinforcing fiber bundles.

マトリックス樹脂組成物の供給方法としては、レジンバス法、回転ロール法、紙上転写法や特開平09−176346号公報、特開2005−335296号公報及び特開2006−063173号公報に記載されたノズル滴下法、特開平08−073630号公報、特開平09−031219号公報、並びに特開平8−73630号公報に記載された樹脂接触並びにトウ移動法が挙げられる。   As a method of supplying the matrix resin composition, a resin bath method, a rotating roll method, a transfer method on paper, and a nozzle drop described in JP-A-09-176346, JP-A-2005-335296 and JP-A-2006-063173. The resin contact and toe transfer methods described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 08-073630, 09-031219, and 8-73630 can be mentioned.

なかでもマトリックス樹脂組成物の供給量の制御や実施の容易さのため、回転ロール法や樹脂接触並びにトウ移動法がマトリックス樹脂組成物の供給方法として好ましい。また強化繊維束の幅は通常安定化しておらず、その広がり方にはばらつきがある。従って特開平8−73630号公報に記載の通り、強化繊維束を拡幅した後、樹脂接触直前あるいは樹脂接触時にトウ幅を狭めて安定化させることが効果的である。具体例としては、樹脂吐出口部又はその直前の位置に所定幅の溝を設けて、該溝内に強化繊維束を走行させて強化繊維束の幅を狭める方法がある。   Among them, the rotating roll method, the resin contact, and the tow transfer method are preferable as the method for supplying the matrix resin composition because of the control of the supply amount of the matrix resin composition and the ease of implementation. In addition, the width of the reinforcing fiber bundle is not usually stabilized, and there are variations in how it is spread. Therefore, as described in JP-A-8-73630, it is effective to narrow and stabilize the tow width immediately before or at the time of resin contact after the reinforcing fiber bundle is widened. As a specific example, there is a method of providing a groove having a predetermined width at or just before the resin discharge port and running the reinforcing fiber bundle in the groove to narrow the width of the reinforcing fiber bundle.

マトリックス樹脂組成物の強化繊維束への含浸時の加熱は、公知の方法で行うことができる。中でも加熱ロールや熱板等の加熱体に擦過させる方法、マトリックス樹脂組成物が供給された強化繊維束が空走する際に加熱炉を通過させたり、赤外線加熱等の非接触加熱手段で加熱させたりすることが好ましい。強化繊維束へマトリックス樹脂組成物が供給されてから加熱体までの間、及び加熱体と加熱体との間で強化繊維束やマトリックス樹脂組成物の温度が下がらないよう非接触加熱手段で加熱しておくことがより一層好ましい。   The heating upon impregnation of the matrix resin composition into the reinforcing fiber bundle can be performed by a known method. Above all, a method of rubbing with a heating body such as a heating roll or a heating plate, passing through a heating furnace when the reinforcing fiber bundle supplied with the matrix resin composition runs idle, or heating by noncontact heating means such as infrared heating It is preferable to Heating by non-contact heating means so that the temperature of the reinforcing fiber bundle and the matrix resin composition does not fall between the supply of the matrix resin composition to the reinforcing fiber bundle and the heating body, and between the heating body and the heating body. It is even more preferable that

またさらに含浸工程において、強化繊維束へ外力を加えて強化繊維束を構成するフィラメントを横方向(すなわち繊維方向と直交する方向)に移動させ、フィラメント間の相対位置を変化させて樹脂とフィラメントの接触機会を増やす工程を加えることが好ましい。単なる加圧や毛細管現象による含浸効果以上の均一な含浸効果を上げることが出来る。   Furthermore, in the impregnation step, an external force is applied to the reinforcing fiber bundle to move the filaments constituting the reinforcing fiber bundle in the lateral direction (that is, the direction orthogonal to the fiber direction) to change the relative position between the filaments to It is preferable to add the step of increasing the chance of contact. It is possible to increase the uniform impregnation effect more than the impregnation effect by mere pressure or capillary action.

具体的には、強化繊維束を折り畳む、強化繊維束を拡幅する、強化繊維束を縮幅する、又は強化繊維束を加撚する等の少なくとも一つの手段で行う。これらの手段において、折り畳み手段と加撚手段は、縮幅手段と同様に強化繊維束の幅を狭める傾向にある。そして強化繊維束の幅を狭める作用を有する手段と、強化繊維束の幅を拡大する手段とを併用すると、均一含浸の効果が高くなる。なお、加撚は樹脂含浸時に行えばよく、含浸後に撚りのない状態が必要なら含浸後に撚り戻しをすればよい。また仮撚りであれば撚り戻しをする必要はなく、撚りのない強化繊維束が必要な場合には望ましい。また加撚と同時にあるいは直後に擦過を加えれば、強化繊維束の幅の広がる傾向がでてきて、更に樹脂の厚さ方向の移動のため含浸の均一性は高くなる。   Specifically, the reinforcing fiber bundle is folded, the reinforcing fiber bundle is widened, the reinforcing fiber bundle is crimped, or the reinforcing fiber bundle is twisted or the like. In these means, the folding means and the twisting means tend to narrow the width of the reinforcing fiber bundle as well as the narrowing means. And if the means which has the effect | action which narrows the width | variety of a reinforced fiber bundle and the means which extends the width | variety of a reinforced fiber bundle are used together, the effect of uniform impregnation will become high. In addition, what is necessary is just to carry out at the time of resin impregnation, and if a state without a twist after impregnation is required, it may retwist after impregnation. In the case of false twisting, it is not necessary to carry out untwisting, and it is desirable when untwisted reinforcing fiber bundles are required. If rubbing is added simultaneously with or immediately after twisting, the width of the reinforcing fiber bundle tends to widen, and the uniformity of the impregnation becomes higher due to the movement of the resin in the thickness direction.

フィラメントの横移動による均一含浸において、強化繊維束の走行速度未満の周速で回転する回転体に強化繊維束を接触させて擦過させることは、毛羽の堆積やロールのクリーニング等にとって有用である。擦過されていれば強化繊維束は回転体表面で絡まりつくこともなく、また回転体は強化繊維束で擦られ、且つ回転しているので強化繊維束と接触する面は常にクリーニングされている状態となり、製造環境の向上にも有用である。ただし回転体の周速は強化繊維束の走行速度の50%以上99%以下とすることが好ましい。回転体の周速が強化繊維束の走行速度に対し1/2未満であると強く擦過されることで強化繊維束が毛羽立つ場合があり、後の工程での巻きつきや紙管に巻き取られたトウプリプレグを解舒する際に問題が生じる可能性がある。   In uniform impregnation by lateral movement of the filament, it is useful for making the reinforcing fiber bundle contact with a rotating body rotating at a peripheral speed less than the traveling speed of the reinforcing fiber bundle and rubbing it, for fluff deposition, roll cleaning, etc. If it is abraded, the reinforcing fiber bundle does not get entangled on the surface of the rotating body, and the rotating body is rubbed with the reinforcing fiber bundle, and since it is rotating, the surface in contact with the reinforcing fiber bundle is always cleaned It is also useful for improving the manufacturing environment. However, it is preferable that the circumferential speed of the rotating body be 50% or more and 99% or less of the traveling speed of the reinforcing fiber bundle. If the circumferential speed of the rotating body is less than 1/2 of the traveling speed of the reinforcing fiber bundle, the reinforcing fiber bundle may be fluffed by being strongly abraded, and it may be wound in a later process or wound on a paper tube. Problems can arise when unwinding the tow prepreg.

マトリックス樹脂組成物が強化繊維束に均一に含浸されていない場合、作製した強化繊維複合材料の機械的特性が低下し、本発明の効果が十分に得る事が出来ない可能性がある。   If the matrix resin composition is not uniformly impregnated in the reinforcing fiber bundle, the mechanical properties of the produced reinforcing fiber composite material may be deteriorated, and the effects of the present invention may not be sufficiently obtained.

マトリックス樹脂組成物を均一に含浸させた強化繊維束は、紙管への巻取り工程までに、冷却体への擦過や非接触冷却手段等の公知の冷却手段を使用して室温程度まで冷却しておくことが好ましい。十分に冷却しない状態で巻き取ってしまうと、マトリックス樹脂組成物が低粘度であるため巻き取る際に滑りが生じ巻き形態が乱れてしまったり、一度巻き取ってしまうと中心部からは熱が逃げにくく温度が高い状態が比較的長時間続いてしまうため、マトリックス樹脂組成物のポットライフが短くなってしまったりする。   The reinforcing fiber bundle uniformly impregnated with the matrix resin composition is cooled to about room temperature by using a known cooling means such as rubbing on a cooling body or non-contact cooling means before the winding process to a paper tube. It is preferable to keep the If it is rolled up without sufficient cooling, the matrix resin composition has a low viscosity, so that when it is rolled up, slippage occurs and the winding form is disturbed, or if it is wound up once, heat escapes from the central part Because the temperature is high and the temperature is high for a relatively long time, the pot life of the matrix resin composition may be shortened.

このようにして得られた本発明のトウプリプレグは紙管からの解舒、工程通過性、ドレープ性に優れるという長所(特色)があるため、フィラメントワインディング成形や引抜き成形などに適する。   The tow prepreg of the present invention thus obtained has the advantages (features) that it is excellent in unwinding from a paper tube, processability and drapeability, and is therefore suitable for filament winding molding, pultrusion and the like.

以下、実施例及び比較例によって本発明をさらに説明する。   Hereinafter, the present invention will be further described by way of examples and comparative examples.

<実施例および比較例>
各例で用いた樹脂組成物の原料、調製方法、および各物性の測定方法を以下に示す。各マトリックス樹脂組成物の組成、および物性の測定結果を表1及び2にまとめて示す。なお、表1及び2中の各成分の数値は、マトリックス樹脂組成物に配合する各成分の質量部数を表す。なお本発明の範囲は、実施例に限定されるものではない。
<Example and Comparative Example>
The raw material of the resin composition used in each Example, the preparation method, and the measuring method of each physical property are shown below. The composition of each matrix resin composition and the measurement results of physical properties are summarized in Tables 1 and 2. In addition, the numerical value of each component in Table 1 and 2 represents the mass part number of each component mix | blended with a matrix resin composition. The scope of the present invention is not limited to the examples.

<原料>
〔成分(A)〕
jER1001
「製品名」jER1001
「成分」ビスフェノールA型エポキシ樹脂(2官能エポキシ樹脂)
(エポキシ当量:475g/eq)
「供給元」三菱化学株式会社
CY−184
「製品名」アラルダイト CY−184
「成分」 ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル
(エポキシ当量:158g/eq)
「供給元」 ハンツマン・ジャパン株式会社
〔成分(E)を成分(A)に分散したマスターバッチ型のゴム粒子分散エポキシ樹脂〕
MX−257
「製品名」カネエースMX−257
「成分」ビスフェノールA型エポキシ樹脂(2官能エポキシ樹脂。エポキシ当量:189g/eq):63質量%、及びブタジエン系コアシェル型ゴム粒子(体積平均粒径:200nm):37質量%
「供給元」株式会社カネカ
MX−154
「製品名」カネエースMX−154
「成分」ビスフェノールA型エポキシ樹脂(2官能エポキシ樹脂。エポキシ当量:189g/eq):60質量%、及びブタジエン系コアシェル型ゴム粒子(体積平均粒径:100nm):40質量%
「供給元」株式会社カネカ
〔成分(B)〕
DY9577
「製品名」DY9577
「成分」三塩化ホウ素アミン錯体
「供給元」ハンツマン・ジャパン株式会社
〔成分(C)〕
2001UD
「製品名」ORGASOL 2001UD NAT1
「成分」ポリアミド12(ザウタミーン径:5.3μm)
「供給元」Arkema Inc.
1002UD
「製品名」ORGASOL 1002D NAT1
「成分」ポリアミド12(ザウタミーン径:18μm)
「供給元」Arkema Inc.
Vestosint2159
「製品名」Vestsint2159
「成分」ポリアミド12(ザウタミーン径:10μm)
「供給元」エボニック インダストリーズ AG
〔成分(D)〕
DICY15
「製品名」jERキュア DICY15
「成分」ジシアンジアミド(ザウタミーン径:2μm)
「供給元」三菱化学株式会社
PN−23
「製品名」アミキュア PN−23
「成分」アミンアダクト型硬化剤(ザウタミーン径:6μm)
「供給元」味の素ファインテクノ株式会社
2014FG
「製品名」アンカミン 2014FG
「成分」変性脂肪族アミン(ザウタミーン径:2μm)
「供給元」エアプロダクツジャパン株式会社
表1及び2に記載の組成のマトリックス樹脂組成物を、以下の通り調製した。なお表中の各成分の数値は質量部を表す。
<Raw material>
[Component (A)]
jER1001
"Product name" jER1001
"Component" bisphenol A type epoxy resin (bifunctional epoxy resin)
(Epoxy equivalent weight: 475 g / eq)
"Supplier" Mitsubishi Chemical Corporation CY-184
Product Name: Araldite CY-184
"Component" Hexahydrophthalic acid diglycidyl ester (epoxy equivalent: 158 g / eq)
"Supply source" Huntsman Japan Ltd. [Master batch rubber particle dispersed epoxy resin in which component (E) is dispersed in component (A)]
MX-257
"Product Name" Kanae Ace MX-257
"Component" Bisphenol A type epoxy resin (bifunctional epoxy resin. Epoxy equivalent: 189 g / eq): 63% by mass, and butadiene-based core-shell type rubber particles (volume average particle diameter: 200 nm): 37% by mass
"Supplier" Kaneka Corporation MX-154
"Product Name" Kanae Ace MX-154
"Component" Bisphenol A type epoxy resin (bifunctional epoxy resin. Epoxy equivalent: 189 g / eq): 60% by mass, and butadiene core-shell type rubber particles (volume average particle size: 100 nm): 40% by mass
"Supplier" Kaneka Corporation [Component (B)]
DY9577
Product Name DY 9577
"Component" Boron trichloride amine complex "Supplier" Huntsman Japan KK [Component (C)]
2001 UD
Product Name ORGASOL 2001 UD NAT1
"Component" polyamide 12 (Sautamin diameter: 5.3 μm)
"Supplier" Arkema Inc.
1002 UD
Product Name ORGASOL 1002D NAT1
"Component" Polyamide 12 (Sautamin diameter: 18 μm)
"Supplier" Arkema Inc.
Vestosint 2159
Product Name Vestsint 2159
"Component" Polyamide 12 (Sautamin diameter: 10 μm)
"Supplier" Evonik Industries AG
[Component (D)]
DICY15
"Product Name" jER Cure DICY15
"Component" dicyandiamide (Sautamin diameter: 2 μm)
"Supplier" Mitsubishi Chemical Corporation PN-23
Product Name Amicure PN-23
"Component" amine adduct type curing agent (Sautamin diameter: 6μm)
"Supplier" Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd. 2014FG
"Product Name" Ankamin 2014FG
"Component" modified aliphatic amine (Sautamin diameter: 2μm)
"Supplier" Air Products Japan Co., Ltd. A matrix resin composition having the composition described in Tables 1 and 2 was prepared as follows. In addition, the numerical value of each component in a table represents a mass part.

<実施例1の樹脂調製>
MX−257の一部に2001UDをロールミルを使用して分散させた。2001UDを分散させたMX−257と残りのMX−257、CY−184、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例1のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Resin preparation of Example 1>
A portion of MX-257 was dispersed 2001UD using a roll mill. After weighing MX-257 dispersed with 2001 UD and the remaining MX-257, CY-184, DY 9577 into a flask, the contents are visually observed while heating the contents at 40 to 65 ° C. using a water bath The mixture was stirred until uniform, to obtain a matrix resin composition of Example 1.

<実施例2の樹脂調製>
MX−257の一部に1002Dをロールミルを使用して分散させた。1002Dを分散させたMX−257と残りのMX−257、CY−184、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例2のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Resin preparation of Example 2>
A portion of MX-257 was dispersed with 1002D using a roll mill. After weighing MX-257 dispersed with 1002 D and the remaining MX-257, CY-184, DY 9577 into a flask, the contents are visually observed while heating the contents at 40 to 65 ° C. using a water bath The mixture was stirred until uniform, to obtain a matrix resin composition of Example 2.

<実施例3の樹脂調製>
MX−257に2001UDをロールミルを使用して分散させた。2001UDを分散させたMX−257、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例3のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Resin preparation of Example 3>
Disperse 2001 UD in MX-257 using a roll mill. After weighing MX-257 and DY9577 dispersed with 2001 UD into a flask, the contents were stirred at 40 to 65 ° C. using a water bath, and stirred until the contents were visually uniform, Example 3 The matrix resin composition of

<実施例4〜7の樹脂調製>
MX−257の一部にVestosint2159をロールミルを使用して分散させた。Vestosint2159を分散させたMX−257と残りのMX−257、CY−184、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例4〜7のマトリックス樹脂組成物を得た。
Resin Preparation of Examples 4 to 7
Vestosint 2159 was dispersed on a part of MX-257 using a roll mill. After weighing MX-257 dispersed Vestosint 2159 and the remaining MX-257, CY-184, DY 9577 into a flask, the contents are visually observed while heating the contents at 40 to 65 ° C. using a water bath The mixture was stirred until uniform and matrix resin compositions of Examples 4 to 7 were obtained.

<実施例8〜11の樹脂調製>
MX−257の一部にVestosint2159をロールミルを使用して分散させた。残りのMX−257とjER1001とをフラスコに秤量し、ウォーターバスを使用して内容物を80〜110℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌した。調製した残りのMX−257とjER1001の混合物はフラスコから取り出し室温程度まで放冷させた。Vestosint2159を分散させたMX−257、残りのMX−257とjER1001の混合物、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例8〜11のマトリックス樹脂組成物を得た。
Resin Preparation of Examples 8 to 11
Vestosint 2159 was dispersed on a part of MX-257 using a roll mill. The remaining MX-257 and jER 1001 were weighed into a flask and stirred until the contents were visually uniform while heating the contents at 80-110 ° C. using a water bath. The mixture of the remaining MX-257 and jER1001 prepared was removed from the flask and allowed to cool to about room temperature. Weigh the contents of MX-257 dispersed with Vestosint 2159, the mixture of the remaining MX-257 and jER1001, DY 9577 into a flask and then use the water bath to heat the contents at 40 to 65 ° C while visually observing the contents The mixture was stirred until uniform and matrix resin compositions of Examples 8 to 11 were obtained.

<実施例12の樹脂調製>
MX−257の一部にDICY15、PN−23、2014FG、及び2001UDをロールミルを使用して分散させた。DICY15、PN−23、2014FG、及び2001UDを分散させたMX−257と残りのMX−257をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜55℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例12のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Resin preparation of Example 12>
In part of MX-257, DICY15, PN-23, 2014FG, and 2001UD were dispersed using a roll mill. Weigh MX-257 dispersed with DICY15, PN-23, 2014FG, and 2001 UD and the remaining MX-257 into a flask, and then heat the contents at 40-55 ° C using a water bath. The matrix resin composition of Example 12 was obtained by stirring until the substance was visually uniform.

<実施例13の樹脂調製>
MX−257の一部にPN−23、及び2001UDをロールミルを使用して分散させた。PN−23、及び2001UDを分散させたMX−257と残りのMX−257、そしてCY−184とをフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜55℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し実施例13のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Resin preparation of Example 13>
PN-23 and 2001 UD were dispersed in part of MX-257 using a roll mill. After weighing PN-23, and MX-257 dispersed with 2001 UD, and the remaining MX-257, and CY-184 into a flask, use a water bath while warming the contents at 40-55 ° C. The mixture was stirred until the contents were visually uniform, to obtain a matrix resin composition of Example 13.

<比較例1の樹脂調製>
すべての原料をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し比較例1のマトリックス樹脂組成物を得た。
<Preparation of Resin of Comparative Example 1>
After weighing all the raw materials into a flask, while heating the contents at 40 to 65 ° C. using a water bath, the contents are stirred until the contents become visually uniform, and a matrix resin composition of Comparative Example 1 is obtained. The

<比較例2〜4の樹脂調製>
MX−257の一部にVestosint2159をロールミルを使用して分散させた。Vestosint2159を分散させたMX−257と残りのMX−257、CY−184、DY9577をフラスコへ秤量した後、ウォーターバスを使用して内容物を40〜65℃で加温しながら、内容物が目視で均一となるまで撹拌し比較例2〜4のマトリックス樹脂組成物を得た。
Resin Preparation of Comparative Examples 2 to 4
Vestosint 2159 was dispersed on a part of MX-257 using a roll mill. After weighing MX-257 dispersed Vestosint 2159 and the remaining MX-257, CY-184, DY 9577 into a flask, the contents are visually observed while heating the contents at 40 to 65 ° C. using a water bath The mixture was stirred until uniform and matrix resin compositions of Comparative Examples 2 to 4 were obtained.

<マトリックス樹脂組成物の粘度測定方法>
上述の各実施例及び比較例にて得られたマトリックス樹脂組成物につき、昇温時の粘度を以下の測定条件で測定し、30℃の時の粘度をもとめた。
<Method of measuring viscosity of matrix resin composition>
The viscosity at the time of temperature rising was measured on the following measurement conditions about the matrix resin composition obtained by the above-mentioned each Example and comparative example, and the viscosity at 30 degreeC was calculated | required.

測定条件
装置:AR−G2(ティー・エー・インスツルメント社製)
使用プレート:35mmΦパラレルプレート
プレートギャップ:0.5mm
測定周波数:10rad/sec
昇温速度:2℃/min
ストレス:3000dynes/cm
<トウプリプレグの作製>
上述の各実施例及び比較例で得られたマトリックス樹脂組成物と、グラフィル社製高強度炭素繊維 製品名:37−800(引張強度:5520MPa、引張弾性率:255GPa、フィラメント数:30,000本)を用いてトウプリプレグを作製した。
Measurement conditions Device: AR-G2 (manufactured by TA Instruments)
Working plate: 35 mm パ ラ レ ル Parallel plate Plate gap: 0.5 mm
Measurement frequency: 10 rad / sec
Heating rate: 2 ° C / min
Stress: 3000 dynes / cm 2
<Production of tow prepreg>
Matrix resin composition obtained in each of the above-described Examples and Comparative Examples, and high-strength carbon fiber manufactured by Grafil Product name: 37-800 (tensile strength: 5520 MPa, tensile modulus of elasticity: 255 GPa, number of filaments: 30,000) To produce a tow prepreg.

まず、上記炭素繊維を50〜100℃に加熱し、幅11〜15mmに拡幅させた。   First, the said carbon fiber was heated to 50-100 degreeC, and it was made to widen to 11-15 mm in width.

拡幅させた炭素繊維束(以下、単に「炭素繊維束」と称す)に、マトリックス樹脂組成物供給装置を用いて、40〜65℃に加温したマトリックス樹脂組成物を定量的に供給し、さらに加熱ロールから構成される樹脂含浸装置を用いて、炭素繊維束に均一に含浸させた。マトリックス樹脂組成物が強化繊維束へ均一に含浸するよう含浸手段の一つとして、フィラメントを横方向(フィラメントの繊維方向と直交する方向)に動かす方法を採った。これを室温まで冷却した後、紙管に巻き取った。   The matrix resin composition heated to 40 to 65 ° C. is quantitatively supplied to the widened carbon fiber bundle (hereinafter simply referred to as “carbon fiber bundle”) using a matrix resin composition supply device, and further, The carbon fiber bundle was uniformly impregnated using a resin impregnation device constituted of a heating roll. As one of the impregnation means, a method was adopted in which the filaments were moved in the lateral direction (direction orthogonal to the fiber direction of the filaments) so that the matrix resin composition uniformly impregnated the reinforcing fiber bundles. After cooling this to room temperature, it was wound on a paper tube.

<平均最大ストレス値の測定>
上述の<トウプリプレグの作製>で得られた各トウプリプレグにつき、以下の手順でタック試験を行い、平均最大ストレス値を求めた。
<Measurement of average maximum stress value>
A tack test was performed on each of the tow prepregs obtained in the above-mentioned <Production of tow prepregs> in the following procedure to determine an average maximum stress value.

〔タック試験〕
装置:タックテスターTA−500(株式会社ユービーエム製)
プランジャーの試料との接触面積:3.1cm2
プランジャー押しつけ時間:10秒
プランジャー押しつけ圧力:90,000Pa
プランジャー上昇速度:1mm/秒
測定温度:23℃
測定湿度:50%RH
手順:
1)トウプリプレグを試料台に置き固定した。この際、プランジャーと接触するトウプリプレグの面は、当該トウプリプレグが紙管に巻かれていた時に見えていなかった面(即ち紙管側の面)とした。
2)プランジャーに90,000Paの圧力をかけ、トウプリプレグに10秒間押し当てた。
3)プランジャーを1mm/秒で上昇させた。
4)プランジャーを上昇させる間のストレス値の最大値を最大ストレス値とし、合計3回測定して、得られた最大ストレス値の平均値を平均最大ストレス値とした。


[Tack test]
Device: Tack Tester TA-500 (manufactured by UBM)
Contact area of plunger with sample: 3.1 cm 2
Plunger pressing time: 10 seconds Plunger pressing pressure : 90,000 Pa
Plunger rise speed: 1 mm / sec Measurement temperature: 23 ° C
Measurement humidity: 50% RH
procedure:
1) The tow prepreg was placed on the sample table and fixed. At this time, the surface of the tow prepreg in contact with the plunger was the surface (that is, the surface on the side of the paper tube) which was not visible when the tow prepreg was wound on the paper tube.
2) A pressure of 90,000 Pa was applied to the plunger, and the tow prepreg was pressed for 10 seconds.
3) The plunger was raised at 1 mm / sec.
4) The maximum stress value during raising the plunger was taken as the maximum stress value, and measurement was made a total of three times, and the average value of the obtained maximum stress values was taken as the average maximum stress value.


<トウプリプレグの高速解舒性評価>
図1に示したクリール、ガイド、ダンサーロール、ゴデッドロール及びワインダーから成る装置を使用して紙管に巻き取られたトウプリプレグを50m/minの速度で200m巻出すことでトウプリプレグの高速解舒性評価を行った。また巻出しの張力は1000gとした。この間にリンガーが発生せず、且つ工程中のガイド、ロール等に巻きつきが生じずに解舒出来た場合、合格と判断した。
<High-speed dissolution evaluation of tow prepreg>
High speed dissolution of tow prepreg by unwinding the tow prepreg wound on a paper tube by 200 m at a speed of 50 m / min using the device consisting of creel, guide, dancer roll, godd roll and winder shown in FIG. 1 I made an evaluation. Moreover, the tension of unwinding was 1000 g. In the case where ringing did not occur during this period and the guide, rolls and the like in the process could be unwound without causing winding, it was judged as pass.

<トウプリプレグの形態保持性評価>
トウプリプレグが、FW成形等の工程においてガイドを通過した際に、折り畳まれた後に再度開かれて、ガイドを通過する前のトウ幅程度となるかどうか、すなわちトウプリプレグの形態保持性を以下の方法で評価した。
手順:
1)紙管に巻き取られたトウプリプレグを約20cm巻出し切り取った。
2)切り取った約20cm長のトウプリプレグの凡そ中央部分を約5cm折りたたんだ。この時、折り目の線が強化繊維と沿うように、かつトウプリプレグを折りたたんだ時に紙管側が内となるようにした。
3)約20cm長のトウプリプレグを机上に置き、これの折りたたまれた部分の上に長さ5cm、幅1cm、厚さ2mmの樹脂板、さらに当該樹脂板の上に200gの重りを置いた。
4)この状態で15秒間静置した後、200gの重りと樹脂板を取りさった。
5)約20cm長のトウプリプレグの両端部を手で持ち、トウプリプレグが張るよう両端部を引っ張った。この際に折りたたまれた部分が開いた場合を合格、開かなかった場合を不合格とした。
<Evaluation of form retention of tow prepreg>
When the tow prepreg passes through the guide in a process such as FW molding, it is folded and reopened to determine whether the tow width before passing through the guide becomes equal, that is, the form retention of the tow prepreg is Evaluated by the method.
procedure:
1) The tow prepreg wound around a paper tube was unrolled by about 20 cm.
2) The approximately central portion of the cut tow prepreg of about 20 cm in length is folded about 5 cm. At this time, the crease line was along the reinforcing fibers, and when the tow prepreg was folded, the paper tube side was inside.
3) A tow prepreg of about 20 cm in length was placed on a desk, and a 5 cm long, 1 cm wide, 2 mm thick resin plate was placed on the folded portion of the tow prepreg, and a 200 g weight was placed on the resin plate.
4) After standing for 15 seconds in this state, a 200 g weight and a resin plate were removed.
5) The both ends of a tow prepreg having a length of about 20 cm were held by hand, and both ends were pulled so that the tow prepreg was stretched. In this case, the case where the folded portion was opened was passed, and the case where it was not opened was rejected.

<実施例1のトウプリプレグ評価>
上記の作製工程の通り実施例1のトウプリプレグを作製した。作製工程において顕著に成分(C)が濾別されロールやガイドに付着、堆積することは無く、さらに濾別された成分(C)のロールやガイドへの付着、堆積に起因する工程トラブルも発生しなかった。作製した実施例1のトウプリプレグは適切なタックであり、紙管からの解舒性やFW成形工程における工程通過性、並びに形態保持性の点で良好であった。またトウプリプレグ高速解舒性評価、トウプリプレグの形態保持性評価においても合格であった。
<Evaluation of tow prepreg of Example 1>
The tow prepreg of Example 1 was produced as described above. Component (C) is significantly filtered out in the preparation process and does not adhere to or deposit on the roll or guide, and further, process troubles due to adhesion or deposition of the component (C) filtered off on the roll or guide also occur I did not. The tow prepreg of Example 1 produced was an appropriate tack, and was good in terms of the unwindability from a paper tube, the processability in the FW forming process, and the form retention. In addition, it also passed in the tow prepreg high-speed unraveling evaluation and the form retention evaluation of the tow prepreg.

<実施例2〜11のトウプリプレグ評価>
上記の作製工程の通り実施例2〜11のトウプリプレグを作製した。作製工程において顕著に成分(C)が濾別されロールやガイドに付着、堆積することは無く、さらに濾別された成分(C)のロールやガイドへの付着、堆積に起因する工程トラブルも発生しなかった。作製した実施例2〜11のトウプリプレグは適切なタックであり、紙管からの解舒性やFW成形工程における工程通過性、並びに形態保持性の点で良好であった。
<Tow prepreg evaluation of Examples 2 to 11>
The tow prepregs of Examples 2 to 11 were produced as described above. Component (C) is significantly filtered out in the preparation process and does not adhere to or deposit on the roll or guide, and further, process troubles due to adhesion or deposition of the component (C) filtered off on the roll or guide also occur I did not. The prepared tow prepregs of Examples 2 to 11 were suitable tacks, and were good in view of the unwindability from a paper tube, the processability in the FW forming process, and the form retention.

<実施例12、13のトウプリプレグ評価>
上記の作製工程の通り実施例2〜10のトウプリプレグを作製した。作製工程において顕著に成分(C)や成分(D)が濾別されロールやガイドに付着、堆積することは無く、さらに濾別された成分(C)のロールやガイドへの付着、堆積に起因する工程トラブルも発生しなかった。作製した実施例12、13のトウプリプレグは適切なタックであり、紙管からの解舒性やFW成形工程における工程通過性、並びに形態保持性の点で良好であった。
<Tow prepreg evaluation of Examples 12 and 13>
The tow prepregs of Examples 2 to 10 were produced as described above. The component (C) and the component (D) are separated by filtration in the preparation process, and do not adhere to or deposit on the roll or guide. Furthermore, the component (C) separated by filtration is adhered to the roll or guide, resulting from deposition. There were no process problems. The tow prepregs of Examples 12 and 13 produced were suitable tacks, and were good in view of the unwindability from a paper tube, the processability in the FW forming process, and the form retention.

<比較例1のトウプリプレグ評価>
上記の作製工程の通り比較例1のトウプリプレグを作製した。作製工程において工程トラブルは発生しなかった。作製した比較例1のトウプリプレグはタックが非常に強く、紙管からの高速で解舒性する際に抵抗が強くスムーズに解舒出来なかったり、リンガーが発生したりした。またタックが非常に強いためFW成形工程においてガイド、ロール等に巻きつきが生じたり、ガイドで折りたたまれたトウプレグを再び拡幅することが出来なかったりした。またトウプリプレグ高速解舒性評価、トウプリプレグの形態保持性評価においても不合格であった。
<Tow prepreg evaluation of Comparative Example 1>
The tow prepreg of Comparative Example 1 was produced as described above. No process trouble occurred in the manufacturing process. The prepared tow prepreg of Comparative Example 1 was very strong in tack, and when it was unwound at high speed from a paper tube, the resistance was strong and could not be solved smoothly, or ringer was generated. In addition, since the tack is very strong, the guide, the roll, and the like are wound in the FW forming process, and the tow prepreg folded by the guide can not be widened again. Moreover, it was also disqualified in the tow prepreg high-speed unraveling evaluation and the form-retaining evaluation of tow prepreg.

<比較例2〜4のトウプリプレグ評価>
上記の作製工程の通り比較例2〜4のトウプリプレグを作製した。作製工程において成分(C)が濾別されロールやガイドに多量に付着、堆積し、さらに濾別された成分(C)のロールやガイドへの付着、堆積に強化繊維の端糸がとられロールやガイドでの巻きつきが発生した。作製した比較例2〜4のトウプリプレグはタックが非常に弱く、紙管からの解舒性やFW成形工程における工程通過性、並びに形態保持性の点で良好であったが、FW成形の際にトウプリプレグがライナーに付着せず支障が生じた。
<Tow prepreg evaluation of Comparative Examples 2 to 4>
The tow prepregs of Comparative Examples 2 to 4 were produced as described above. Component (C) is separated by filtration in the preparation process, deposited in large amounts on rolls and guides, and further adhered to rolls and guides by component (C) separated by filtration, the end yarns of reinforcing fibers are taken for deposition And winding on the guide occurred. The prepared tow prepregs of Comparative Examples 2 to 4 were very weak in tackiness and were good in terms of the unwindability from the paper tube and the process passability in the FW forming process, and the form retention, but in the case of FW forming The tow prepreg did not adhere to the liner, causing problems.



1 紙管に巻かれたトウプリプレグ
2 ガイド
3 ダンサーロール
4 ゴデッドロール
1 Tow pre-preg 2 guide 3 dancer roll 4 goded roll wound on paper tube

Claims (10)

粒子状の成分を含むマトリックス樹脂組成物を含浸させた強化繊維束からなるトウプリプレグであって、タック試験結果の平均最大ストレス値が5,000〜55,000Paの範囲であるトウプリプレグ。   A tow prepreg comprising a reinforcing fiber bundle impregnated with a matrix resin composition containing particulate components, wherein the average maximum stress value in the tack test results is in the range of 5,000 to 55,000 Pa. 前記マトリックス樹脂組成物の30℃における粘度が5〜300Pa・sである請求項1に記載のトウプリプレグ。   The tow prepreg according to claim 1, wherein the viscosity of the matrix resin composition at 30 ° C is 5 to 300 Pa · s. 前記強化繊維束が炭素繊維束である請求項1又は2に記載のトウプリプレグ。   The tow prepreg according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fiber bundle is a carbon fiber bundle. 樹脂含有率が20〜40質量%である請求項1〜3のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。   The resin content rate is 20-40 mass%, The tow prepreg as described in any one of Claims 1-3. 前記マトリックス樹脂組成物が下記の成分(A)〜(C)を含み、該成分(B)の含有量が該成分(A)100質量部に対して5〜20質量部であり、該成分(C)の含有量が特定有機化合物成分100質量部に対して1〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
成分(A):エポキシ樹脂
成分(B):三塩化ホウ素アミン錯体
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
The matrix resin composition contains the following components (A) to (C), and the content of the component (B) is 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A); The content of C) is 1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of specific organic compound components, and the primary particle diameter of component (C) is 1-30 micrometers, Any one of Claims 1-4 The tow prepreg as described in.
Component (A): Epoxy resin Component (B): Boron trichloride amine complex Component (C): Particulate thermoplastic resin
前記マトリックス樹脂組成物が下記の成分(A)、成分(C)および成分(D)を含み、該成分(C)及び成分(D)の含有量の合計が特定有機化合物成分100質量部に対して3〜30質量部であり、かつ成分(C)の一次粒子径が1〜30μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
成分(A):エポキシ樹脂
成分(C):粒子状の熱可塑性樹脂
成分(D):粒子状のエポキシ樹脂硬化剤、もしくは粒子状のエポキシ樹脂硬化剤および粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤
The matrix resin composition contains the following component (A), component (C) and component (D), and the total content of the component (C) and component (D) is relative to 100 parts by mass of the specific organic compound component The tow prepreg according to any one of claims 1 to 4, which is 3 to 30 parts by mass, and the primary particle diameter of the component (C) is 1 to 30 μm.
Component (A): Epoxy resin Component (C): particulate thermoplastic resin Component (D): particulate epoxy resin curing agent, or particulate epoxy resin curing agent and particulate epoxy resin curing auxiliary
前記成分(D)における粒子状のエポキシ樹脂硬化剤が、エポキシ樹脂イミダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物、ジシアンジアミド及び芳香族ポリアミンからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項6に記載のトウプリプレグ。   The particulate epoxy resin curing agent in the component (D) is at least one selected from the group consisting of epoxy resin imidazole adduct compounds, epoxy resin amine adduct compounds, modified aliphatic amine compounds, dicyandiamide and aromatic polyamines The tow prepreg according to claim 6. 前記成分(D)における粒子状のエポキシ樹脂硬化助剤が、エポキシ樹脂イミダゾールアダクト化合物、エポキシ樹脂アミンアダクト化合物、変性脂肪族アミン化合物及びウレア化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種である(但し、該成分(D)の一部として併用される粒子状のエポキシ樹脂硬化剤とは異なる化合物である) 請求項6又は7に記載のトウプリプレグ。   The particulate epoxy resin curing aid in the component (D) is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin imidazole adduct compound, an epoxy resin amine adduct compound, a modified aliphatic amine compound and a urea compound (however, The tow prepreg according to claim 6 or 7, which is a compound different from the particulate epoxy resin curing agent used in combination as a part of the component (D). 更に、前記マトリックス樹脂組成物が下記成分(E)を含み、かつ該成分(E)の含有量が前記成分(A)100質量部に対して10〜110質量部である、請求項5〜8のいずれか一項に記載のトウプリプレグ。
成分(E):ゴム粒子
The matrix resin composition further comprises the following component (E), and the content of the component (E) is 10 to 110 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). The tow prepreg according to any one of the preceding claims.
Component (E): rubber particles
前記成分(E)がブタジエンゴムを含むゴム粒子である請求項9記載のトウプリプレグ。   The tow prepreg according to claim 9, wherein the component (E) is a rubber particle containing butadiene rubber.
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