JPH0269566A - Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle - Google Patents

Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle

Info

Publication number
JPH0269566A
JPH0269566A JP18064989A JP18064989A JPH0269566A JP H0269566 A JPH0269566 A JP H0269566A JP 18064989 A JP18064989 A JP 18064989A JP 18064989 A JP18064989 A JP 18064989A JP H0269566 A JPH0269566 A JP H0269566A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
resin
matrix resin
fibers
grains
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18064989A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daniel H Hecht
ダニエル エイチ.ハッシュ
Hugh C Gardner
ハグ シー.ガードナー
Shahid P Qureshi
シャヒド ピー.キュレシィ
Peter W Manders
ピーター ダブリュ.マンダース
Richard H Newman-Evans
リチャード エイチ.ニューマン―エバンス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BP Corp North America Inc filed Critical BP Corp North America Inc
Publication of JPH0269566A publication Critical patent/JPH0269566A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To provide a toughened fiber-reinforced composite by forming independent layers formed of a continuous fiber buried in a matrix resin, and a thin layer area consisting of the matrix resin filled with elongated rigid particles between these layers.
CONSTITUTION: A hardening matrix resin product contains (A) a matrix resin product, preferably, 99-75 wt.% (hereinafter referred to as %) epoxy resin product consisting of 100 parts by weight (hereinafter referred to as part) epoxy resin having a plurality of epoxy groups, 6-150 parts diamine hardener and 0-30 parts thermoplastic polymer, and (B) 1-25% flake or fiber flock particle having an aspect ratio larger than 2:1 and a minimum dimension of 1-75 μm and formed of a rigid material selected from among polyamide, polyimide, polyacrylonitrile oxide and the like. This composite material has a thin layer consisting of the product formed between prepreg layers consisting of a continuous fiber and matrix resin.
COPYRIGHT: (C)1990,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合材料に関し、より詳しくは強靭な耐衝撃繊
維強化複合材に関する。より詳しくは、本発明は繊維強
化複合+Aを強靭化する方法及びそのような複合材を強
靭化するのに有用な粒に間するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to composite materials, and more particularly to tough impact-resistant fiber reinforced composite materials. More specifically, the present invention is directed to a method of toughening fiber reinforced composites +A and grains useful for toughening such composites.

繊維強化複合材は高強度、高弾性率材料であり、スポー
ツ用品及び器具なとの消費品目を製造するのに使用する
のに広く受は入れられている。そのようなt才料はまた
自動車の用途に於ける構造成分、建物の構造成分及び航
空機の構造成分として使用するのに受は入れられること
が増加している。典型的には、構造用途に使用する複合
材は熱可塑性又は熱硬化性マトリックス中に埋め込まれ
た連続したフィラメント又はtiaられた布の形態での
構造[Iからなっている。そのような複合材はかなりの
強度及び剛性を示し得るものであり、そしてかなりの重
量節約を得る可能性は金属代替物としての一次的な構造
用途に於いて使用するのに非常に魅力的なものとしてい
る。しかしながら、多くの構造用途に対してそれを受は
入れることは、現在人手できる複合材料の多くが脆いと
いう事実によって限られたものとなっている。有用なひ
っばり及び圧縮強度を有しつつもそのような複合材が衝
撃に耐えることが出来ないことは、何年もの間重大な問
題であった。そのような材料の低い耐衝撃性を穴埋めす
ることは、使用される材料の量を増加することによって
通常は達成されてきた。この方法はコストを増加させ、
実現される筈であった重量節約を減少させてしまい、そ
して多くの用途にこれらを受は入れられないものとして
しまう。
Fiber reinforced composites are high strength, high modulus materials that are widely accepted for use in manufacturing consumer items such as sporting goods and equipment. Such materials are also increasingly finding acceptance for use as structural components in automotive applications, building structural components, and aircraft structural components. Typically, composites used in structural applications consist of structures in the form of continuous filaments or tiered fabrics embedded in a thermoplastic or thermoset matrix. Such composites can exhibit considerable strength and stiffness, and the potential for obtaining significant weight savings makes them very attractive for use in primary structural applications as metal replacements. I take it as a thing. However, its acceptance for many structural applications is limited by the fact that many of the composite materials currently available are brittle. The inability of such composites to withstand impact while possessing useful stiffness and compressive strength has been a significant problem for many years. Compensating for the low impact resistance of such materials has typically been accomplished by increasing the amount of material used. This method increases costs and
This reduces the weight savings that could be realized and makes them unacceptable for many applications.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

複合材の産業は、これらの欠点を克服する方法を見出す
ことに長い間かかわってきた。改良された破砕靭性を有
する複合材の開発に対して向けられたかなりの努力が過
去20年にわたってなされてきた。一般に用いられるマ
トリックス樹脂の多く、並ひに強化m維の多くは、−船
釣に脆いので努力の大部分はより良い靭性の特性を有す
る成分代替物に対する研究に注がれてきた。その結果、
より強靭にされたマトリックス樹脂に対する研究は、敢
多くの最近の特許及び刊行物の主題となってきた。
The composites industry has long been concerned with finding ways to overcome these drawbacks. Considerable effort has been directed over the past two decades toward developing composite materials with improved fracture toughness. Many of the commonly used matrix resins, as well as many of the reinforcing fibers, are brittle to boat fishing, so much of the effort has been focused on research into component replacements with better toughness properties. the result,
Research into tougher matrix resins has been the subject of a number of recent patents and publications.

回十年にもわたって、プラスチック産業はゴム改質材を
剛性のしはしは脆い熱可塑性及びFiJ!硬化性のエン
ジニアリング樹脂を強化するのに使用してきた。剛性の
樹脂に全体にわたって粒の形態でゴムが分散されること
が最も多かった。ゴム粒と剛性の相の間の相互作用を変
更させてゴム成分の有効性を改良させる種々の手段も探
求されてきた。
For over ten years, the plastics industry has been using rubber modifiers to make stiffer and more brittle thermoplastics and FiJ! It has been used to strengthen hardenable engineering resins. The rubber was most often dispersed in the form of particles throughout the rigid resin. Various means have also been explored to modify the interaction between the rubber particles and the rigid phase to improve the effectiveness of the rubber component.

例えば、ゴム成分はグラフト化によって剛性の相との適
合性を変化させる為に改質されてきたし、剛性の相に対
する結合を促進する為にゴムに対して反応性の官能基を
加えることも有効であることが示されてきた。他の方法
としては、非類似の樹脂を組み合わせること、改良され
た性質を有するブレンド及びアロイを形成することを含
む。
For example, rubber components have been modified to change their compatibility with the rigid phase by grafting, and the addition of reactive functional groups to the rubber to promote bonding to the rigid phase has also been effective. It has been shown that. Other methods include combining dissimilar resins to form blends and alloys with improved properties.

エンジニアリング樹脂を強化するのに使用された方法は
、例えばダイヤモンド及びムールトンにより「破壊耐性
複合材に対する樹脂の開発−一系統的アプローチ(De
velopn+ent of Re5in for D
amage  Tolerant、  (omposi
tes  −A  Systematic  Appr
oach、)」第1 旧01国tサンベ(5ANPE)
 シンポジウム、1984年4月3日〜5日に示される
ように複合材構造体中で一般的に使用されているマトリ
ックス樹脂を強化するのに適合されてきた。ポリスルホ
ンなどの、より延性のある熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂
処方物に加えることによってアロイ及びブレンドを形成
することもエポキシ樹脂の延性を改良し、そして強めら
れた剛性を与えることが英国特許1゜:306,231
.1973年2月7日発行に従って示されている。より
最近では、エポキシ樹脂と、末端官能性の熱可塑性樹脂
との絹み合わせが強化された剛性を示すことが示されて
いる。米国特許4,498,948を参照、より最近で
は、エポキシ樹脂と、反応性の末端官能基を有する熱可
塑性樹脂との硬化可能な組み合わせが、特別に処方され
たマトリックス樹脂の靭性を改良すると述べられている
が、但し神化後の混ざり物のない樹脂はガラス様の連続
相内に分散された架橋されたガラス様の相を有する特異
な相分離した形態を示している。米国特許4゜65fi
 、 208を参照。史に、架橋された分散されたガラ
ス様の(■内に含有されるべき架橋された粒の形態で反
応性のゴム成分を含ませろことによって改良がなされた
と述べられている。米国時g’l−4,680゜076
を参照。
The methods used to strengthen engineering resins are described, for example, by Diamond and Moulton in ``Development of Resins for Fracture-Resistant Composites - A Systematic Approach'' (De
velopn+ent of Re5in for D
image Tolerant, (omposi
tes-A Systematic Appr.
oach, )” 1st Former 01 Country T Sanbe (5ANPE)
Symposium, April 3-5, 1984, has been adapted to strengthen matrix resins commonly used in composite structures. British patent 1: Forming alloys and blends by adding more ductile thermoplastic resins, such as polysulfone, to epoxy resin formulations also improves the ductility of the epoxy resin and provides enhanced stiffness. 306,231
.. Illustrated in accordance with publication February 7, 1973. More recently, silking of epoxy resins and terminally functional thermoplastic resins has been shown to exhibit enhanced stiffness. See U.S. Pat. No. 4,498,948; more recently, curable combinations of epoxy resins and thermoplastic resins with reactive terminal functional groups have been described to improve the toughness of specially formulated matrix resins. However, the pure resin after apotheosis exhibits a unique phase-separated morphology with a cross-linked glass-like phase dispersed within a glass-like continuous phase. US Patent 4°65fi
, 208. In history, it is stated that an improvement was made by including a reactive rubber component in the form of cross-linked particles to be contained in a cross-linked dispersed glass-like material. l-4,680°076
See.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ゴム、熱可塑性物質なとの添加は、一般に延性及び混じ
り物のない樹脂の耐itj撃性を改良するが生じる複合
材に対する効果は必ずしも有益とはいえない。多くの場
合、複合を才の靭性の増加はほんの僅かであり得、そし
て高温性質の悪化及び、例えは高温に於ける水への暴露
等、$A端な環境に対する抵抗性の減少がしζましζi
見られる。複雑な製造法にたよる複合構造、又は独特の
樹脂形態にたよる複合材構造であって、靭性の改良を達
成するのに再現性が難しいものは、製造の間に於ける実
施不可能な程度の制御が要求され、製造コストを増大さ
せ、しばしば間違った性能及び信頼性の乏しさを生して
しまう。
Additions of rubber, thermoplastics, etc. generally improve the ductility and impact resistance of neat resins, but the effect on the resulting composite is not necessarily beneficial. In many cases, the increase in toughness of the composite can be negligible, and there is a deterioration in high temperature properties and a decrease in resistance to extreme environments, such as exposure to water at high temperatures. Better ζi
Can be seen. Composite structures that rely on complex manufacturing methods or unique resin morphologies that are difficult to reproducibly achieve improved toughness may require impracticable improvements during manufacturing. A high degree of control is required, increasing manufacturing costs and often resulting in poor performance and poor reliability.

強uJ化された複合はを製造する別の方法は、1976
年5月21日公開の特願昭491326fi9(と記載
された熱可塑性樹脂で形成された層と交互になったマト
リックス樹脂中に埋め込まれた繊維で形成された層を有
する層になった複合材構造の開発であった。より最近で
は、米国時X’F4,604,319に於いて補強7ト
リツクス樹脂層にt妾看結合された熱可塑性の!−を挿
入された複数の繊維強化マトリックス樹脂層を有する層
になった繊維−樹脂複合材が開示されている。層が挟み
込まれた構造は、通常は連続繊維を含浸させることによ
ってプレプレグを形成し、次にプレプレグを熱可塑性の
フィルムのシートと交互にすることによって複合材を積
層させることによって作られる。積み重ねられた構造を
次に熱及び圧力にかけ、マトリックス樹脂を硬化させそ
して層を結合させる。この特許はまた、チヨ・ソブトフ
ァイバー、固体粒、ウィスカーなとの補強を1料を充填
した熱可塑性物からなる挿入層を開示し・でいる。
Another method for producing a hardened composite was described in 1976.
Layered composite material having layers formed of fibers embedded in a matrix resin alternating with layers formed of a thermoplastic resin described in Japanese Patent Application No. 491326fi9 published on May 21, 2013 More recently, in U.S. X'F 4,604,319, multiple fiber-reinforced matrix resins were inserted with a thermoplastic bonded to a reinforcing 7 trix resin layer. Layered fiber-resin composites are disclosed having layers. The sandwiched structure is typically formed by impregnating continuous fibers to form a prepreg and then injecting the prepreg into a sheet of thermoplastic film. The stacked structure is then subjected to heat and pressure to harden the matrix resin and bond the layers together. This patent also covers Chiyo Sobutofiber, An intercalated layer of thermoplastic material filled with a reinforcing material such as solid particles and whiskers is disclosed.

改良された靭性を有する層が挟み込まれた複合材構造が
開示されたが、高温に於けるクリープの増加と共にカラ
ス転移温度の減少を含めた池の物理的性質に於ける幾ら
かの犠牲があった。そのような複合材の史に別の困難性
は、そのような複合を才の多くに対し剛性が損失するこ
と、似ていない樹脂で形成される層の間に起き得ろ接着
不良及び溶媒抵抗性が曹い為使用の間に起きる性質の劣
化が含まれる。更に、熱可塑性樹脂に基づいたプレプレ
グは一般に帖青性に欠け、このことは複合材への二次加
工を[Eにし、そして複合構造を作るのに必要とされる
技術を増加させる。このことは史にスクラップの損失を
増加させ、そしてより複雑な品質管理手順を必要とし、
受は入れられる水準の信頼性を達成する為の製造コスト
を増加させる。
A sandwiched composite structure with improved toughness was disclosed, but at some sacrifice in the physical properties of the pond, including a decrease in glass transition temperature with an increase in creep at high temperatures. Ta. Another difficulty in the history of such composites is the loss of stiffness, poor adhesion and solvent resistance that can occur between layers formed of dissimilar resins, which often makes such composites difficult to use. This includes deterioration of properties that occurs during use. Furthermore, prepregs based on thermoplastics generally lack plasticity, which makes fabrication into composites [E] and increases the technology required to create composite structures. This historically increases scrap losses and requires more complex quality control procedures,
Acceptance increases manufacturing costs to achieve acceptable levels of reliability.

強靭にした複合材を製造するのに現在利用できる組成物
及び方法は、このようにもっと改良される必要がある。
The currently available compositions and methods for producing toughened composites are thus in need of further improvement.

衝撃抵抗性、そして特に衡撃後のより良い圧縮強度を有
する複合材は、この技術での有用な前進であり、そのよ
うな強靭化された複合材を製造する層頼出来る方法は急
速に受入れられる可能性を有し、fi在これらの目的に
利用できる複雑で高価な製造工程を置き換えることが出
来る。
Composites with impact resistance, and especially better compressive strength after impact, are a useful advance in this technology, and reliable methods of producing such toughened composites are rapidly gaining acceptance. It has the potential to replace complex and expensive manufacturing processes currently available for these purposes.

〔課題を解決する手段〕[Means to solve problems]

本発明は、南粉砕剛性物質で形成された細長い粒を含め
ることによって強靭化された連続繊維及びマトリックス
樹脂処方物を含む層になった複合材構造に関するもので
ある。より詳しくは、本発明は強靭化された複合材構造
を製造するのに部用する為の細長い粒で充填されたマト
リックス(M脂処方物に関し、そして硬化前に層になっ
た複合材のブライ間の空間内に於けるマトリックス樹脂
に傭長い粒を加えることによってマトリックス樹脂中に
埋め込まれた連続繊維を含んでいる複数の分離された別
々のNv、はブライて形成された積層複合体を強靭化す
る方法に関するものである。これらの粒は、複合材構造
の連続繊維成分の個々のフィラメント間の開口を橋かけ
するような形状にされており、そして複合材製造の間ブ
ライ間空間内に戻持される。生じる複合材構造は靭性に
於いて顕著で予期しない改良を示す。
The present invention relates to layered composite structures comprising continuous fibers and matrix resin formulations toughened by the inclusion of elongated grains formed of a south-milled rigid material. More particularly, the present invention relates to elongated grain-filled matrices (M-lipid formulations) for use in producing toughened composite structures and to composite layered composite formulations prior to curing. A plurality of separate discrete Nvs containing continuous fibers embedded in the matrix resin by adding long grains to the matrix resin in the interspaces strengthens the formed laminated composite. These grains are shaped to bridge the openings between the individual filaments of the continuous fiber component of the composite structure and are inserted into the interbraid spaces during composite manufacture. The resulting composite structure shows a significant and unexpected improvement in toughness.

本発明の強靭化された複合材構造は、マトリックス中に
埋め込まれた連続繊維で形成された別個の層を含んでお
り、これらの層は細長い粒で充填されたマトリックス樹
脂からなる7i4層状の領域又は層によって隔てられて
いるか又は通常間隔を置いてに1打ているものである。
The toughened composite structure of the present invention includes distinct layers formed of continuous fibers embedded in a matrix, and these layers are comprised of 7i4 layered regions of matrix resin filled with elongated grains. or separated by layers or generally spaced apart.

〔7トリツクス樹脂〕 本発明の実施に従って強靭化された複合材を形成するの
に有用なマトリックス樹脂は、繊維強化複合材中に一般
的に使用される樹脂処方物であって、熱硬化及び熱可塑
性材料の両方を含んでいる。
7 TRIX RESIN Matrix resins useful in forming toughened composites in accordance with the practice of this invention are resin formulations commonly used in fiber reinforced composites that are heat-curable and heat-curable. Contains both plastic materials.

しかし、多くの用途に対し熱硬化性樹脂が好ましく、こ
の用途に有用な熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂、シアネー
ト樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアネート及びビスマレ
イミド樹脂成分の絹み合わせからなるBT樹脂、そのよ
うな樹脂の混合物なと、並びに広く使用されている架橋
可能なポリエステル樹脂なとの繊維強化複合材を作るの
に広く一般的に用いられているものが含まれる。多くの
熱硬化樹脂は一般に延性が低く、従って非常に脆い。
However, thermosetting resins are preferred for many applications, and thermosetting resins useful for this application include epoxy resins, cyanate resins, bismaleimide resins, BT resins consisting of a silk combination of cyanate and bismaleimide resin components, and These include mixtures of resins such as those commonly used to make fiber reinforced composites, as well as widely used crosslinkable polyester resins. Many thermoset resins generally have low ductility and are therefore very brittle.

そのような樹脂に基づいた複合材構造は、従って本発明
の教えに従って強靭化されたときに非常に恩恵を受ける
Composite structures based on such resins therefore benefit greatly when toughened according to the teachings of the present invention.

好ましいマトリックス樹脂処方物は、このように熱硬化
樹脂に基づくものであり、特に良く知られ広く用いられ
ている一般にエポキシ樹脂と適当な時化剤、例えはジア
ミン硬化剤などからなっているエポキシ処方物に基つく
ものである。エポキシ処方物は任意1を加的に適当な硬
化剤を含んでも良く、そしてそのような追加的な成分は
熱硬化複合材技術で一般的に用いられている。
Preferred matrix resin formulations are thus based on thermosetting resins, particularly the well-known and widely used epoxy formulations, which generally consist of an epoxy resin and a suitable curing agent, such as a diamine curing agent. It is based on things. The epoxy formulation may optionally additionally include a suitable curing agent, and such additional ingredients are commonly used in thermoset composite technology.

埋め込むこと171出来るエポキシ樹脂は、分子あたり
少なくとも2つのエポキシ基を有する硬化可能なシクロ
脂肪族エポキシ樹脂である。そのような樹脂は、複合材
料を製造するのに一般的に用いられ、多くが商冑的なi
l?iから容易に人手できる。
Epoxy resins that can be embedded 171 are curable cycloaliphatic epoxy resins having at least two epoxy groups per molecule. Such resins are commonly used to make composite materials and are often used in commercial
l? It can be easily done manually from i.

そのような樹脂の19μは、アルコール、フェノール、
カルボン酸又は芳香族アミンなとの多官能性シクロ脂肪
族化合物と、エビクロロヒドリン、及びエポキシド化ジ
エン又はポリエン類との反応生成物を含めたポリグリシ
ジル化合物類である。更に別の例には、シクロ脂肪族エ
ポキシド類、例えば多官能性シクロ脂肪族カルボン酸と
、エビクロルヒドロン、シクロ脂肪族エポキシド、シク
ロ脂肪族エポキシエーテル、及びシクロ脂肪族エポキシ
エステルとの反応生成物などが含まれる。エポキシ樹脂
の混合物も使用できる。好ましいエポキシドにはビスフ
ェノールAエポキシド、エポキシノボラック類、シクロ
脂肪族エポキシエーテル類、及びグリシジルアミン類が
含まれる。多種多用のこれらのエポキシ樹脂は、例えば
シェルウィンウィリアムスカンパニーからPGA4、ダ
ウケミカルカンパニーからDEN  431、エフアイ
シーコーポレーションからグリアミン(Glyamin
e) ]25及びチバカイギーコーポレーションからM
Y−720などの商品名の丁に市販されていて人手でき
る。
19μ of such resins are alcohol, phenol,
Polyglycidyl compounds including reaction products of polyfunctional cycloaliphatic compounds such as carboxylic acids or aromatic amines, shrimp chlorohydrin, and epoxidized dienes or polyenes. Further examples include reaction products of cycloaliphatic epoxides, such as polyfunctional cycloaliphatic carboxylic acids, with shrimp chlorhydrone, cycloaliphatic epoxides, cycloaliphatic epoxy ethers, and cycloaliphatic epoxy esters. Includes things. Mixtures of epoxy resins can also be used. Preferred epoxides include bisphenol A epoxide, epoxy novolacs, cycloaliphatic epoxy ethers, and glycidyl amines. A wide variety of these epoxy resins include, for example, PGA4 from Shelwin-Williams Company, DEN 431 from Dow Chemical Company, and Glyamin from FIC Corporation.
e) ] 25 and M from Ciba Kaigye Corporation
It is commercially available under trade names such as Y-720 and can be done manually.

使用することの出来るジアミン硬化剤には、エポキシ樹
脂処方で慣用的に用いられている芳香族ジアミン、例え
ば4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4.4′−
ジアミノジフェニルメタン、4.4′−ジアミノジフェ
ニルスルホン、3,3′−ジアミノジフェニルスルホン ニレンジアミン、4.4′−ビス(アミノジフェニル)
ブaパン、4,4°−ジアミノジフェニルスルフィド、
トリメチレングリコールビス(p−7ミノベンゾエート
)など、並びにそれらの種々のfi2 a X性体が含
まれる.また、種々の多核芳香族ジアミン硬化剤、例え
ば米国特許4,579,885及び4,50,321、
及び4,686,250に開示されたようなもの(全で
は本明細書に参照により含める)、並びにキシレンジア
ミン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ジシアン
ジアミドなとも有用である.種々のジアミン硬化剤は、
単独又は組み合わせで使用できる。
Diamine curing agents that can be used include aromatic diamines conventionally used in epoxy resin formulations, such as 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-
Diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfonenylene diamine, 4,4'-bis(aminodiphenyl)
Bua bread, 4,4°-diaminodiphenyl sulfide,
trimethylene glycol bis(p-7 minobenzoate) and the like, as well as their various fi2 a X forms. Also, various polynuclear aromatic diamine curing agents, such as U.S. Pat.
and 4,686,250 (incorporated herein by reference in their entirety), as well as xylene diamine, bis(aminomethyl)cyclohexane, and dicyandiamide. Various diamine curing agents are
Can be used alone or in combination.

適当なエポキシ樹脂処方物は、良く知られ樹脂技術で良
く用いられている方法及び実施形態に従って製造できる
。一般にマトリックス樹脂処方物は、100重量部のエ
ポキシ樹脂あたり2亜酸部(pbw)より多くのジアミ
ン硬化剤を含んでいる。選ばれる特定の水準は使用する
特定のジアミンに依存するか、好ましくはエポキシ樹脂
100重重部あたり少なくとも3重量部で、より好まし
くは約6〜約150重礒部のジアミン+1!1ヒ剤が使
用される。選ばれる各成分の徽は、個々の成分の分子量
及び反応性のアミン(N−H)基のIi1終マトリック
ス樹脂系中に望まれるエボキン基に対するモル比に依存
する。多くのプレプレグ及び複合材用途に対しては、N
−μ基の工、1テキシト基に対するモル比約0 、3 
/1〜I 、8/I、好ましくは0.4/1〜1.3/
lの範囲を与えるのに十分なジアミン硬化剤が利用され
る。
Suitable epoxy resin formulations can be prepared according to methods and practices well known and commonly used in the resin art. Generally, matrix resin formulations contain more than 2 parts per 100 parts by weight of epoxy resin (pbw) of diamine curing agent. The particular levels selected will depend on the particular diamine used, but preferably at least 3 parts by weight of diamine plus 1 to 1 parts of diamine are used per 100 parts of epoxy resin, and more preferably from about 6 to about 150 parts by weight of diamine plus 1 to 1 weight parts of diamine. Ru. The choice of each component depends on the molecular weight of the individual component and the molar ratio of reactive amine (NH) groups to evoquine groups desired in the Ii1 final matrix resin system. For many prepreg and composite applications, N
- the molar ratio of μ groups to 1 texito group is approximately 0,3
/1-I, 8/I, preferably 0.4/1-1.3/
Sufficient diamine curing agent is utilized to provide a range of l.

処方物は更に熱可塑性の重合体を含み得る。そのような
物質は硬化樹脂処方物の延性及び耐衝撃性を強め、更に
生じる複合材の靭性に寄与し、未硬化樹脂の粘度及びフ
ィルム強度を増加するのにしばしば効果があり、含浸操
作の間に於ける加工性及び取り扱いを改良する。ボリア
リールスルホン、ポリエーテルケトン、オリフェニレン
エーテルなどのボリアリールエーテル類、並びにポリア
リ−レート類、ポリアミド類、ポリアミド−イミド類、
ポリエーテルイミド類、ポリカーボネート類、フェノキ
シ樹脂などを含めたエポキシ樹脂と絹み合わせて使用す
るのにこの技術で知られている種々の熱可塑性物質の任
意のものを粘度、加工性及び取り扱い特性を改良するの
に有効であるものとして使用することが出来るが、選ば
れる熱可塑性物質は未硬化エポキシ樹脂処方物中で可溶
である。1e用される熱可塑性物質の割合は、一部は選
ばれる熱可塑性物質そして目的とする特定の最終用途に
依存する。しかし、多くの目的には処方物は100重量
部のジアミン硬化剤とエポキシ樹脂成分の合計あたり0
〜30pbwの熱可塑性物質を含んでいる。
The formulation may further include a thermoplastic polymer. Such materials enhance the ductility and impact resistance of the cured resin formulation, further contribute to the toughness of the resulting composite, are often effective in increasing the viscosity and film strength of the uncured resin, and are often effective during impregnation operations. Improve processability and handling in Boaryl ethers such as polyaryl sulfone, polyether ketone, oriphenylene ether, as well as polyarylates, polyamides, polyamide-imides,
Any of the various thermoplastics known in the art may be used in combination with epoxy resins, including polyetherimides, polycarbonates, phenoxy resins, etc., to improve their viscosity, processability, and handling properties. The thermoplastic selected is soluble in the uncured epoxy resin formulation, although it can be used as is effective to modify the composition. The proportion of thermoplastic used will depend in part on the thermoplastic selected and the particular end use intended. However, for many purposes, formulations with a
Contains ~30 pbw of thermoplastic.

エポキシ樹脂処方物は追加的に硬化速度を増加させる為
に促進剤を含む、エポキシ樹脂技術で知られ使用されて
いる任意の+it進剤を慣用の量で使用出来、ルイス酸
:アミン錯体、例えばBF3:モノエチルアミン、BP
、ニトリエタノールアミン、BF3:ピペリジン及びB
F−、:2−メチルイミダゾール:アミン類、例えばイ
ミダゾール、l−メチルイミダゾール、2−メチルイミ
ダゾール、N、N−ジメチルベンジルアミン;第三級ア
ミンの酸塩、例えばp−トルエンスルホン酸:イミダゾ
ール錯体なと、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、例
えはFC−520(3−M  カンパニーから得られる
)、有機ホスホニウムハライド類、ジシアンジアミド及
び1.1−ジメチル・3−フェニルウレアが含まれる。
The epoxy resin formulation may additionally contain accelerators to increase the rate of cure, including any +it accelerator known and used in the epoxy resin art in conventional amounts, such as Lewis acid:amine complexes, etc. BF3: Monoethylamine, BP
, nitriethanolamine, BF3:piperidine and B
F-,: 2-methylimidazole: amines, such as imidazole, l-methylimidazole, 2-methylimidazole, N,N-dimethylbenzylamine; acid salts of tertiary amines, such as p-toluenesulfonic acid: imidazole complex and salts of trifluoromethanesulfonic acid, such as FC-520 (obtained from 3-M Company), organic phosphonium halides, dicyandiamide, and 1,1-dimethyl-3-phenylurea.

そのような促進剤の混合物も使用できる。ある最終用途
に対しては染料、顔料、安定剤、チキソトロピー剤など
を含めることが望ましく、これら及び他の添加剤は複合
材技術で一般的に実施されている水準で必要に応じて含
められる。硬化すると、マトリックス樹脂処方物は使用
されることの出来る任意のそのような粒状の添加剤を除
いて実質的に単一の連続的な剛性の相を形成する。
Mixtures of such promoters can also be used. For some end uses it may be desirable to include dyes, pigments, stabilizers, thixotropic agents, etc., and these and other additives are included as needed at levels commonly practiced in the composites art. Upon curing, the matrix resin formulation forms a substantially single continuous rigid phase, excluding any such particulate additives that may be used.

〔繊 維〕[Fiber]

マトリックス樹脂処方物は、本発明の実施に従う強靭化
された複合材の形成に於いて連続的な繊維強化又は構造
繊維及び微粒状の改質剤と一緒にされる。適当な繊維は
一般的に述べれば引っ張り強度100kpiより大及び
引っ張り弾性率2百万psiより大を有することにより
特徴付けられる。このような目的に有用な繊維には、炭
素繊維又は黒鉛繊維、ガラス繊維及びシリコンカーバイ
ド、アルミナ、タイタニア、ホウ素なとで形成された繊
維、並びに有機重合体、例えばポリオレフィン類、ポリ
(ベンゾチアゾール)、ポリ(ベンズイミダゾール)、
ポリアリ−レート類、ポリ(ベンゾオキサゾール)、芳
香族ポリアミド類、ボリアリールエーテル類などから形
成された繊維が含まれ、2又はそれ以上のそのような繊
維を含む混合物も含み得る。好ましくはこれらの繊維は
ガラス繊維、炭素繊維及び芳香族ポリアミド繊維、例え
ばケプラーの商標名でデュポン カンパニーにより販売
されている繊維から選ばれるのが好ましい、繊維は50
0〜420.00のフィラメントの連続トウの形態、連
続した一方向テープとして又は織られた布として使用さ
れ得る。
The matrix resin formulation is combined with continuous fiber reinforcement or structural fibers and particulate modifiers in forming a toughened composite according to the practice of the present invention. Suitable fibers are generally characterized by having a tensile strength greater than 100 kpi and a tensile modulus greater than 2 million psi. Fibers useful for such purposes include carbon or graphite fibers, glass fibers and fibers formed from silicon carbide, alumina, titania, boron, etc., and organic polymers such as polyolefins, poly(benzothiazole), etc. , poly(benzimidazole),
Included are fibers formed from polyarylates, poly(benzoxazole), aromatic polyamides, polyaryl ethers, and the like, and may also include mixtures containing two or more such fibers. Preferably these fibers are selected from glass fibers, carbon fibers and aromatic polyamide fibers, such as those sold by the DuPont Company under the trade name Kepler;
It can be used in the form of a continuous tow of 0 to 420.00 filaments, as a continuous unidirectional tape or as a woven fabric.

〔微粒状改質剤〕[Fine particulate modifier]

本発明の実施に用いられる粒は、微粉砕、剛性物質であ
り、細長いものとして記載出来、このことは粒の少なく
とも一つの寸法が粒の最も小さい寸法よりも実質的に大
きいことを意味する0粒は円筒状であれ、柱状であれ、
杉が不規則であれ、繊維の様に単一寸法に於いて纏長い
ものであり得るか、又は板状、円盤状、なとを含めたフ
レークの様に二つの寸法が長くても良い0粒は断面が規
則正しくても不規則でも良く、好ましくはアスペクト比
、即ち最も長い寸法の最も小さい寸法に対する比が2=
1よりも大きいものが好ましい、適当な細長い粒の例に
は、単繊維及び繊μ様の粒、例えばフロック、ファイバ
ーバルブ、フィブリルなどに見られるもの、並びにフィ
ルム、チップ、機械的に平坦にした粒なとの断片によっ
て代表されるフレーク及びフレーク様の物質が含まれる
The grains used in the practice of this invention are finely divided, rigid materials, and can be described as elongated, meaning that at least one dimension of the grain is substantially larger than the smallest dimension of the grain. Whether the grain is cylindrical or columnar,
Cedar may be irregular or long in a single dimension, like a fiber, or long in two dimensions, like a plate, disc, or flake, including 0 grains. may be regular or irregular in cross section and preferably have an aspect ratio, i.e. the ratio of the longest dimension to the smallest dimension, of 2 =
Examples of suitable elongated grains, preferably larger than 1, include monofilament and fiber-like grains such as those found in floes, fiber bulbs, fibrils, etc., as well as films, chips, mechanically flattened grains, etc. Includes flakes and flake-like materials represented by grain fragments.

綱長い剛性の粒は、剛性の樹脂、ガラス化又は黒鉛化し
た固体、結晶物質、金属、セラミック類、などを含めた
任意の慣用の剛性vR質で形成され得る。多くのそのよ
うな物質は、適当な形態で市販されているから容易に人
手できる。
The elongated rigid grains may be formed of any conventional rigid VR material, including rigid resins, vitrified or graphitized solids, crystalline materials, metals, ceramics, and the like. Many such materials are commercially available in suitable forms and are readily available.

そのような粒を形成するのに直接又は前駆体として有用
であり得る剛性の樹脂には、完全又は部分的に硬化され
た剛性の熱硬化樹脂、剛性の熱可塑性樹脂及びこのよう
な樹脂の混合物が含まれる。
Rigid resins that may be useful directly or as precursors in forming such grains include fully or partially cured rigid thermosets, rigid thermoplastics, and mixtures of such resins. is included.

これらの樹脂は剛性のものとして特徴付けられるが、こ
の意味は選ばれる樹脂が最終粒形に於いて積層物の製造
及び硬化の間に遭遇する圧力及び温度下で溶融、圧縮又
は平坦化に対抗するのに十分な熱抵抗性、固さ及び剛性
を有することを意味している。約15℃以下のガラス転
移温度を又は約D−50(ショアー)以下の固さ値を有
している軟質又はゴム状樹脂、及び実質的に期待される
加工温度以下の溶融温度を有する樹脂は、複合材製造の
間に溶融するか、かなり軟化し得るので、従って本発明
の実施に粒として使用するのに適しない。
These resins are characterized as rigid, meaning that the resin selected resists melting, compaction, or flattening in the final particle form under the pressures and temperatures encountered during laminate manufacturing and curing. It is meant to have sufficient heat resistance, hardness, and rigidity to Soft or rubbery resins having a glass transition temperature of less than or equal to about 15°C or a hardness value of less than or equal to about D-50 (Shore), and resins having a melting temperature substantially less than or equal to the expected processing temperature are , can melt or soften considerably during composite manufacture and are therefore not suitable for use as granules in the practice of the present invention.

粒がマトリックス樹脂処方物中に分散され、次に繊維強
化物又はプレプレグに適用される場合は、粒はゲル化前
にマトリックス樹脂処方物中で実質的に不μであるよう
に選ばれた物質で必然的に形成される。チョツプドファ
イバー又はフロックの形態で多くの繊維形成剛性樹脂が
容易に商業的に人手できるか、又はフィラメント又は繊
維形で得ることが出来、次に適当なフロックを与えるよ
うに慣用の手段で加工することが出来る。
If the particles are dispersed in a matrix resin formulation and then applied to a fiber reinforcement or prepreg, the particles are made of a material selected to be substantially free of microorganisms in the matrix resin formulation prior to gelation. is inevitably formed. Many fiber-forming rigid resins in the form of chopped fibers or flocks are readily available commercially or can be obtained in filament or fiber form and then processed by conventional means to give suitable flocks. You can.

複合材を強靭化するための細長い剛性の粒としてフロッ
ク又は繊維バルブの形で有用であり得る代表的な熱硬化
、熱可塑性及び天然物質には、レーヨンILオレフィン
繊維、芳香族及び脂肪族ポリアミド繊維、アクリル繊維
、フェノール繊維、ポリアクリロニトリルILピッチ繊
維など、並びにジュート、綿、ウール及び類似の天然繊
維が含まれる。多くのこのような繊維は酸化、炭化、黒
鉛化され得、又は他の方法で処理されることが出来、繊
維を熱硬化、不敵化績び更に転換させて炭化したレーヨ
ン繊維、熱硬化又は酸化したポリアクリロニトリル繊維
及びポリアクリロニトリル、石油又はコールタールピッ
チなどから形成される繊維を炭化又は黒鉛化することに
よって誘導された炭素又はグラフフィト繊維を含めた本
発明の実施に適した細長い粒を形成するのに使用するこ
との出来る追加的な繊維を提供する。
Representative thermosetting, thermoplastic and natural materials that may be useful in the form of flocs or fiber bulbs as elongated rigid particles for toughening composites include rayon IL olefin fibers, aromatic and aliphatic polyamide fibers. , acrylic fibers, phenolic fibers, polyacrylonitrile IL pitch fibers, etc., as well as jute, cotton, wool and similar natural fibers. Many such fibers can be oxidized, carbonized, graphitized, or otherwise treated, making the fibers heat-hardened, toughened, and further converted into carbonized rayon fibers, heat-hardened or Formation of elongated grains suitable for the practice of the present invention, including oxidized polyacrylonitrile fibers and carbon or graphite fibers derived by carbonizing or graphitizing fibers formed from polyacrylonitrile, petroleum or coal tar pitch, etc. provides additional fibers that can be used to

剛性熱硬化及び熱可塑性樹脂はまた、良く知られた方法
によってフィルムに形成することも出来、そしてチョッ
プされて成型した微粒状の改質剤として使用するのに適
したフレークを提供し、そして適当な展性を有する樹脂
は市販の装置中で成型段、びフレーク化することが出来
、又は粒に形成するこ1とが出来、次に通常加熱しなが
らミルロールなどを用いて圧力をかけられフレーク様の
粒を形成できる。
Rigid thermosetting and thermoplastic resins can also be formed into films by well known methods and chopped to provide flakes suitable for use as molded particulate modifiers and The malleable resin can be molded into flakes or granules in commercially available equipment and then pressed under pressure, usually with a mill roll or the like while being heated, to form flakes. Can form similar grains.

繊維、フロック及びフレークの形態で金属粒を作る為に
類似の方法を使用することが出来、種々の天然のelJ
質が適当な結晶又は繊維様の形態で人手出来、そしてこ
れらの物質は細長い粒として有用であり得る。フィブリ
ル及びフレークの形態のガラス状及び黒鉛固体は、この
技術で知られており、シリカ、グラファイト、炭素、炭
化樹脂、カーボランダム、7ランダム、ホウ素及びホウ
素含有化合物などで形成された種々の繊維、フレーク及
びフィブリルが含まれ、これらの多くは市販されており
、これらはまた本発明の目的に有用である。これらの物
質のいくらかは極めて固く、特に製造の間にほとんどの
連続i&維強化物を切断又はその池の損傷を与え得るも
のであり、そのような物質の使用は従って硬度が等しい
か又はより大きいkm 1m強化物と共に使用すること
を除いて好ましくはない。
Similar methods can be used to produce metal grains in the form of fibers, flocs and flakes, and various natural elJ
The materials can be produced in suitable crystalline or fiber-like forms and these materials can be useful as elongated grains. Glassy and graphitic solids in the form of fibrils and flakes are known in the art and include various fibers formed of silica, graphite, carbon, carbonized resins, carborundum, 7-random, boron and boron-containing compounds, etc. Included are flakes and fibrils, many of which are commercially available, and which are also useful for purposes of the present invention. Some of these materials are extremely hard, especially those that can cut or damage most continuous i&fiber reinforcements during manufacture, and the use of such materials is therefore of equal or greater hardness. km Not preferred except for use with 1m reinforcement.

細長い粒及びマトリックス樹脂の間の良好な接着は、強
靭化された複合材中の粒の硬化を強め得る。粒前駆体物
質の多くは、連続wk碓形態で熱硬化マトリックス樹脂
に良好な接着性を示すものと1、て知られており、これ
は繊維の固有な特性であり得るか又は繊維の表面処理又
はサイジングの結果であり得、そのような前駆体から形
成された粒は本発明の実施に於いて使用するのに特に望
ましい。マトリックス樹脂と反応することが出来、それ
によって化学的に結合されるようになる官能基を含むこ
とが細長い粒の表面又はそれらのフィルム又は繊維前駆
体を修正するために望ましいことであり得る。別の方法
として適当な粒は、共重合されたカルボン酸又はカルボ
キサミド官能基などを含有する樹脂で形成できるか、又
は硬化の後でざえマトリックス樹脂と有用に反応性のま
まであり得る種々のフェノール及びマレイミド樹脂の一
つから形成されろことが出来る。粒又はその前駆体の表
面μ正は、マトリックスルJ脂を粒表面に化学的に結合
するか又は粒表面に於ける極性基の存在の為にマトリッ
クス樹脂に対する粒の親和性を改良することによって接
着を改良し得る。
Good adhesion between the elongated grains and the matrix resin can enhance hardening of the grains in toughened composites. Many of the grain precursor materials are known to exhibit good adhesion to thermoset matrix resins in a continuous wk-form; this may be an inherent property of the fibers or a surface treatment of the fibers. or may be the result of sizing, and grains formed from such precursors are particularly desirable for use in the practice of the present invention. It may be desirable to include functional groups that can react with the matrix resin and thereby become chemically bonded to modify the surface of the elongate grains or their film or fiber precursors. Alternatively, suitable grains can be formed from resins containing copolymerized carboxylic acid or carboxamide functional groups, or various phenols that can remain usefully reactive with the matrix resin after curing. and maleimide resins. The surface μ of the grains or their precursors can be increased by chemically bonding matrix resin to the grain surface or by improving the affinity of the grains for the matrix resin due to the presence of polar groups on the grain surface. Adhesion may be improved.

〔複合材構造〕[Composite structure]

本発明の強靭化された複合材構造は、マトリックス樹脂
中に埋め込まれた連続繊維で形成された別々の層を含ん
でおり、これらの層又はブライは分離されているか又は
通常rf隔を置いて離れてあり、層の表面は/1層領域
、即ち間隔を設ける層を限定しており、これらは細長い
粒を充填したマトリックス樹脂からなっている。粒はブ
ライを分離する役目をし、モしてブライ空間の厚みは、
従って粒寸法と比例している。粒がフィルム断片又はフ
レークの形をとっているときは、粒はブライの表面上で
単一層として分散され得るか又は粒は選ばれた加工方法
にもよるが煉瓦状の杉に積み重ねられ得る。生じるブラ
イ間の間隔は従ってフレークの厚みの倍数である。チョ
ツプド繊維、フロック又はフィブリルなどの円筒状の粒
は、絡まりあったり、フェルト化され得、粒の断面寸法
よりも実質的に大きな間隔を与え得るが、好ましい円筒
状の粒は絡み合いやフェルト化が生じないような性質及
び寸法のものである。
The toughened composite structure of the present invention includes separate layers formed of continuous fibers embedded in a matrix resin, and the layers or bries are separated or typically rf spaced apart. Separated, the surfaces of the layers define the /1 layer area, ie the spaced layers, which are composed of a matrix resin filled with elongated grains. The grains serve to separate the braai, and the thickness of the braai space is
Therefore, it is proportional to grain size. When the grains are in the form of film fragments or flakes, the grains can be dispersed as a single layer on the surface of the braai, or the grains can be stacked in brick-like cedar, depending on the processing method chosen. The spacing between the resulting blies is therefore a multiple of the flake thickness. Cylindrical grains, such as chopped fibers, flocks or fibrils, may be entangled or felted, providing spacing substantially greater than the cross-sectional dimensions of the grains, but preferred cylindrical grains are free from entanglement or felting. be of such nature and dimensions that it will not occur.

ブライを分離している充填された樹脂スペーシング層は
、約1μ〜約75μの範囲に平均厚みを有する。そのよ
うな充填マトリックス樹脂層の複合材を強靭化する効果
は、厚みが実質的に均一な層の場合に最も大であり得、
これは実質的に寸法が均一な粒を使用することによって
最も良く達成できる。本明細書で使用するr粒寸法」と
いう用語は、ブライ分離を決定している粒寸法を指し、
小さな不規則又は実質的に球状の粒については通常は粒
の厚み又は最も小さい寸法である。繊維状の粒について
は、粒寸法はm維の直径を指すように受取られる一方、
フレーク状の粒についてはこの用語はフレークの厚みを
指す、はとんどの場合、全体的に寸法が均一な粒を得る
ことが実際的ではないので微粒状の改質剤は通常は種々
の粒寸法を包含する校の混合物から通常なっており、粒
の大多数が1〜約75μの範囲にあって、これらの混合
物は複合材を強靭化するのに有用かつ効果的である。
The filled resin spacing layers separating the brazes have an average thickness in the range of about 1 micron to about 75 microns. The composite toughening effect of such a filled matrix resin layer may be greatest for a layer that is substantially uniform in thickness;
This is best achieved by using grains that are substantially uniform in size. As used herein, the term "r-grain size" refers to the grain size that is determining braai separation;
For small irregular or substantially spherical grains, it is usually the thickness or smallest dimension of the grain. For fibrous grains, grain size is taken to refer to the diameter of the m fibers, while
For flaky grains, the term refers to the thickness of the flakes; in most cases, it is impractical to obtain grains that are uniform in size throughout, so fine-grained modifiers are usually mixed with a variety of grains. These mixtures are useful and effective in toughening composites, typically consisting of mixtures of grains ranging in size from 1 to about 75 microns, with the majority of grains ranging from 1 to about 75 microns.

本発明の強靭化された複合材を作るのに用いられる各成
分の割合は、一部は目的とする最終用途に依存し、そし
て選ばれた特定の樹脂、繊維及び微粒状物質に依存する
。概して複合材は約20〜約80重量%の連続m &I
を含み、残りはマトリックス樹脂と微粒状の改質剤から
なっており微粒状の充填剤は、微粒状の改質剤及びマト
リックス樹脂の処方物の一緒にした重量に基づいて1〜
約25重量%をなしている。複合材を強靭化するのに必
要とされる縞長い粒の水準は述べられた範囲内にあるが
、最適水準はマトリックス樹脂の種類、繊維充填量、粒
のi類及び類似の因子に依存して必然的に変化し、従っ
て用いられる特定の繊維及び樹脂形に対して決定されな
ければならない。一般に複合材の強靭性に望まれる改良
を付与する最低水準の粒を用いるのが一般に望ましい。
The proportions of each component used to make the toughened composites of the present invention depend in part on the intended end use and on the particular resins, fibers, and particulate materials chosen. Generally, composites contain from about 20 to about 80% by weight continuous m&I
with the remainder consisting of the matrix resin and particulate modifier, with the particulate filler ranging from 1 to 50% based on the combined weight of the particulate modifier and matrix resin formulation.
It makes up about 25% by weight. The level of striated grains required to toughen the composite is within the stated range, but the optimum level depends on the type of matrix resin, fiber loading, class I of the grains, and similar factors. will necessarily vary and must therefore be determined for the particular fiber and resin type used. It is generally desirable to use the lowest level of grain that provides the desired improvement in the toughness of the composite.

最適水準よりも多くを使用することも出来るが、靭性に
於ける改良はそれ以ヒは僅かであり、熱/湿潤強度なと
の他の物理的な性質が悪影響を受は得る。i合材を強靭
化するための本発明の方法は、ブライ間空間中に位置す
る粒の非常に高い割合を有する複合材を提供し、従って
粒の最小水準に於いて靭性の改良を提供するのに良く適
したものとしている。
More than the optimum level can be used, but the improvement in toughness is still marginal and other physical properties such as heat/wet strength may be adversely affected. The method of the present invention for toughening i-compounds provides composites with a very high proportion of grains located in the interbraid spaces, thus providing improved toughness at the lowest level of grains. It is well suited for.

〔複合材製造〕[Composite material manufacturing]

層にされた複合材の製造に通常使用されている方法は、
本発明の複合材を製造するのに容易に適合できる。最も
一般的にはそのような複合材は、均一に配置された平行
な連続wA維のフィラメントからなる含浸されたテープ
又は連続ta維トウから織られた樹脂含浸布から形成さ
れる。これらの含浸繊維構造物、即ちプレプレグと命名
されるものは溶融被覆、カレンダリング、樹脂溶液又は
溶融樹脂での浸液の含浸、テープ又は布をマトリックス
樹脂のフィルムに溶融プレスすることを含めた任意の慣
用の方法を使用して未硬化状態でのマトリックス樹脂処
方物でテープ又は布を含浸することによって作られ得る
The methods commonly used to produce layered composites are:
It can be easily adapted to produce composites of the present invention. Most commonly, such composites are formed from an impregnated tape of uniformly arranged parallel continuous wA fiber filaments or a resin-impregnated fabric woven from continuous TA fiber tow. These impregnated fibrous structures, termed prepregs, can be prepared by any method including melt coating, calendering, impregnation with resin solutions or molten resins, melt pressing tapes or fabrics onto a film of matrix resin. The tape or fabric can be made by impregnating the tape or fabric with the matrix resin formulation in the uncured state using conventional methods.

複合材は次にシート又はプレプレグのテープを重ねて層
になった積層物又はレイアップを形成し、そして熱及び
加圧下で通常レイアップを硬化することによって作られ
る。未硬化形態で連続繊維及びマトリックス樹脂をそれ
ぞれ含んでいるプレプレグの層は、それらの隣接する表
面を硬化によって接着させ、実質的に連続で実質的に均
質なマトリックス樹脂相中に埋め込まれた別々の連続繊
維の層を有している単一構造物に形成される。
Composites are then made by stacking sheets or prepreg tapes to form a layered laminate or layup and curing the layup, usually under heat and pressure. The layers of prepreg, each containing continuous fibers and matrix resin in uncured form, have their adjacent surfaces adhered by curing to form separate layers embedded in a substantially continuous and substantially homogeneous matrix resin phase. Formed into a unitary structure having layers of continuous fibers.

本発明の強靭化された組成物を形成するにあたって、細
長い粒を各プレプレグ層の間に均一に分配することが必
要である。この目的に種々の方法を使用することが出来
、プレプレグの表面に粒状改質剤を位置させることはレ
イアマブ操作の前又はその間に別の段階として実施でき
るか、又はテープ又は織られた布を含浸させる段階に統
合化することも出来る。前者は二段階工程と呼ばれ、後
者は一段階工程と呼ばれる。
In forming the toughened compositions of the present invention, it is necessary to uniformly distribute the elongated grains between each prepreg layer. Various methods can be used for this purpose; positioning the particulate modifier on the surface of the prepreg can be carried out as a separate step before or during the leiamab operation, or impregnating a tape or woven fabric. It can also be integrated at the stage of The former is called a two-stage process, and the latter is called a one-stage process.

二段階工程を実施する方法には、ふりかけ、スプレー、
押しのはし又は類似の操作をレイアップ操作中に各ルブ
レグテープ又はシートの表面上で行うことによって物理
的に粒を分配すること、粒状の改質剤を均一に液体マト
リックス樹脂処方物中に分散させ、混合物をプレプレグ
の表面に塗布すること、粒状の改質剤を充填したマトリ
ックス樹脂処方物のフィルムを形成し、そしてプレプレ
グの眉をフィルムの間にレイアウブ操作の間に挿入する
ことなどが含まれる。塗布又は挿入段階に基づいた二段
階方法は加えられたマトリックス樹脂を与え、適当なマ
トリックス樹脂が粒状の改質剤によって形成されるブラ
イ間の積層領域を充填するのに利用できることを確実と
する。
Methods of carrying out the two-step process include sprinkling, spraying,
Physically distributing the grains by performing a push tip or similar operation on the surface of each rubreg tape or sheet during the layup operation, dispersing the particulate modifier uniformly into the liquid matrix resin formulation. and applying the mixture to the surface of the prepreg, forming a film of the matrix resin formulation loaded with particulate modifier, and inserting the brow of the prepreg between the films during a lay-up operation. It will be done. A two-step process based on an application or insertion step provides added matrix resin and ensures that a suitable matrix resin is available to fill the lamination areas between the briars formed by the particulate modifier.

別の一段階方法に於いては、粒状の改質剤は粒状の改質
剤をマトリックス樹脂中に分散させ、次に含浸段階を実
施することによって含浸段階中にプレプレグの表面上に
位置させることが出来る。
In another one-step method, the particulate modifier is placed on the surface of the prepreg during the impregnation step by dispersing the particulate modifier into the matrix resin and then performing an impregnation step. I can do it.

この目的には充填された樹脂の表面層を有する繊維構造
が使用され、例えば充填樹脂のフィルムをチー7スは布
の表面上に置くか、又は充填された樹脂を表面上に直接
塗布することによって行われる。連続繊維を次に溶融プ
レス又はアイロン操作中に繊維及び樹脂構造物を加熱す
ることによってマトリックス樹脂中に埋め込む、マトリ
ックス樹脂は溶融されてきて一部が1a雑溝構造中に流
れ、テープ又は布の表面に於いて繊維構造体の隙間に入
るには大きすぎる粒で充填されたマトリックス樹脂を残
す。
Textile structures with a surface layer of filled resin are used for this purpose, for example by placing a film of filled resin on the surface of the fabric or by applying the filled resin directly onto the surface. carried out by. The continuous fibers are then embedded in a matrix resin by heating the fibers and resin structure during a melt press or ironing operation, the matrix resin is melted and some of it flows into the 1a groove structure, forming the tape or fabric. At the surface, it leaves a matrix resin filled with particles that are too large to fit into the interstices of the fibrous structure.

一段階工程は、m相構造体がフィルターとして作用する
濾過作用と見ることが出来、マトリックス樹脂を通過さ
せつつ表面上に繊維の間の間口よりも大きな粒を保持す
る。本発明の細長い粒は、これらの粒が連続繊維の間の
開口を橋かけすることが出来、従ってプレプレグの表面
に保持されるので−段階工程に於いて使用するのに特に
有効であるフレーク又は円筒状のa !It 様粒を含
んでいる。
The one-step process can be viewed as a filtration action in which the m-phase structure acts as a filter, allowing the matrix resin to pass through while retaining particles on the surface that are larger than the openings between the fibers. The elongated grains of the present invention are particularly effective for use in step processes - as these grains can bridge the openings between continuous fibers and are thus retained on the surface of the prepreg. Cylindrical a! Contains It-like grains.

前に述べたように粒を導入するのに必要とされる適合化
以外にとよ、強靭化された複合材構造を製造するのに使
用されろ積み重ね及び硬化段階は慣用のものである。こ
れらの工程段階は種々の慣用の工程装置及び備品の任意
のものを使用して実施出来、そのような慣用の工程段階
を用い、複合材技術に通常用いられているような適合が
及び修正を用いる。
Other than the adaptation required to introduce grains as previously discussed, the stacking and curing steps used to produce toughened composite structures are conventional. These process steps can be performed using any of a variety of conventional process equipment and supplies, and may be adapted and modified as conventionally used in composite technology. use

本発明は次の実施例を考慮するとより一層理解出来、こ
れらの実施例は例示のために与えられる。
The invention will be better understood in consideration of the following examples, which are given for illustrative purposes.

実施例に於いて全ての部は重量部であり、全てのIH度
は他に記載してなければ摂氏で与えられる。
In the examples all parts are parts by weight and all degrees of IH are given in degrees Celsius unless otherwise stated.

〔実施例〕〔Example〕

次の物質及び処方が実施例で使用された。 The following materials and formulations were used in the examples.

エポキシ樹脂処方物 成 分 重量部 EP−1: とλ(2,34ネ゛1ノツクD・亀゛ンチII ) I
 −Fツム。
Epoxy resin formulation component parts by weight EP-1: and λ (2,34 N 1 K D Kame II) I
-F Tsum.

(エポキシ樹脂) 40.8 4.4′−ヒ ス(3−〆ミノフェノキソ)ソ フェニ
ルスルネノ。
(Epoxy resin) 40.8 4.4'-His(3-minofenoxo)so phenylsurneno.

(アミン神化剤) 48.1 と し て得 ら れ るネ“す■−チルイミドー計 100.0 EP−2 ヒ−2(2,3−μ;”4ノツク0へ”ンfil)1.
−jl+。
(Amine aphrodisiac) 48.1 Total amount of thylimide obtained as 48.1 EP-2 He-2 (2,3-μ; 4 knots 0 fill) 1.
-jl+.

(エポキシ樹脂) 41.8 4.4′−ヒ′ス(3−7ミノフIハシ)ノ”フェニル
スル木ン。
(Epoxy resin) 41.8 4.4'-Hysterol (3-7 Minov I Hashi) No' Phenyl Sulfur Wood.

(アミン神化剤) 49.4 8F 3 コ TEA   EP−1を 参 照0.9 PEI  EP−1を参照 7.9 合  計 100.0 EP−3 8F3: TEA ; EP−1を参照PEI ; E
P−1を参照 0.9 7.4 合  計    100.0 粒 略  号 フロック−1 フロック−2 組成 精密切断3デニールナイロン繊維 フロック、長さ500μ、フロック インダストリーズコーボレーテ ラドil!。
(Amine aphrodisiac) 49.4 8F 3 TEA See EP-1 0.9 PEI See EP-1 7.9 Total 100.0 EP-3 8F3: TEA; See EP-1 PEI; E
See P-1 0.9 7.4 Total 100.0 Particle Abbreviation Number Flock-1 Flock-2 Composition Precision cut 3 denier nylon fiber flock, length 500μ, Flock Industries Corbore Terrado IL! .

精密切断酸化ポリアクリロニトリ ル繊維フロック、長さ500μ、直 径的6B、フロック インダストリ ーズコーホレーテッド製、アモ コ パフォーマンス 70ダクツ インコーホレーテッドにより供給 された繊維から作られkもの。Precision cut oxidized polyacrylonitrile fiber flock, length 500μ, straight Radial 6B, flock industry Made of Zukorphorated, Ammo Ko performance 70 ducts Powered by Incorporated made from recycled fibers.

フロック−3 フレーク−1 B5−1 精密切断炭素繊維フロック、長さ 500μ、直径的6μ、アール、ケイ。Flock-3 flakes-1 B5-1 Precision cut carbon fiber flock, length 500μ, diameter 6μ, R, K.

テキスタイルズにより供給された 繊維からフロック インダストリ ーズ コーホレーテッドにより製 造。Powered by Textiles From fiber to flock industry Manufactured by Coholated Construction.

! ミル(7) ’7 ルーF ム(Ulten)10
0OPEIフイルムから切断した約0.008イ ンチ(0,020cm)の測定値の六角形のフレーク。
! Mil (7) '7 LuF M (Ulten) 10
Hexagonal flakes measuring approximately 0.008 inches (0,020 cm) cut from 0 OPEI film.

100gの樹脂あたりおよそ0.038当量のカルボキ
シル官能価、26℃の Tg及び13μの平均粒寸法を有す るカルボキシル化スチレンーアタ ジエン−アクリロニトリルターボ リマーの噴霧乾燥粒、ビー、エフ。
Spray-dried granules of carboxylated styrene-atadiene-acrylonitrile turbopolymer having a carboxyl functionality of approximately 0.038 equivalents per 100 g of resin, a Tg of 26°C and an average particle size of 13μ, B,F.

ブトツリ・ソチカンパニーによっ てハイカール(Hycar)1578XIラテツクスか
ら製造されたものとして 受は入れられkもの。
Accepted as manufactured by Butotsuri Sochi Company from Hycar 1578XI latex.

受は入れられた形態のフロック及びフレークの粒は、一
般にプロセスオイル、切削油など切断又はチョッピング
操作で使用した表面汚染物を含んでいた。汚染物は、一
般に粒を塩化メチレンですすぎ、続いてアルコールです
すぎ、そして粒を乾燥させることによって複合材を製造
するのに使用する前に除去した。別の方法として、粒を
温かい(60℃)炭酸ナトリウム水溶液中に1時間分散
し1、次に濾過によって集め、溶媒で濯いで乾燥する。
The floc and flake grains in the received form generally contained surface contaminants used in the cutting or chopping operation, such as process oils, cutting oils, and the like. Contaminants were generally removed by rinsing the grains with methylene chloride, followed by alcohol, and drying the grains before use to make composites. Alternatively, the granules are dispersed in a warm (60° C.) aqueous sodium carbonate solution for 1 hour, then collected by filtration, rinsed with solvent and dried.

繊 維 別に記載しない限り、実施例で使用した炭素繊龜饅はア
モコ パフォーマンス ブロダク゛ン インコーホレー
テッドからのツルネル(Thornel) (登録商標
) Ta2O−42等扱炭素繊維であった。この繊維は
典型的にはトウあたりの繊維数12.000フイラメン
トを有し、0.44g/mのイールド、引っ張り強度7
30kpsi、引っ張り弾性率42mpsi及び密度1
.783/ccを有する。実施例に於いて、ta維から
造ったリボンを繊維面積μ44〜146g/m2を有す
るプレプレグを造るのに使用した。
Unless specified by fiber, the carbon fiber material used in the examples was a carbon fiber such as Thornel® Ta2O-42 from Amoco Performance Products, Inc. This fiber typically has a fiber count of 12,000 filaments per tow, a yield of 0.44 g/m, a tensile strength of 7
30 kpsi, tensile modulus 42 mpsi and density 1
.. It has 783/cc. In the examples, ribbons made from TA fibers were used to make prepregs with fiber areas μ 44-146 g/m 2 .

試験手順 衝撃試験後の圧縮 衝撃試験後の圧縮又はCAIとして呼ばれているこの手
順は、一般にこの産業に於いて標準試験法とみなされて
いる。試験試料は6×4インチ(15,24X lO,
16cm)のパネルで繊維強化複合シートから切断され
た。パネルをまず578インチ(1,59cm)直径の
インデンターを用いてガードナーン打撃テスター中で!
500インチーボンド/インチの衝撃を中心にかけるこ
とによって衝撃を与えた。衝撃を与えたパネルを次にジ
グに置き、残留圧縮強度について縁方向に試験した。詳
細は更にr NASA Contract。
Test Procedure Compression After Impact Test This procedure, referred to as Compression After Impact Test or CAI, is generally considered a standard test method in the industry. The test sample was 6 x 4 inches (15,24 x lO,
16 cm) panels were cut from the fiber reinforced composite sheet. The panel was first placed in a Gardnern impact tester using a 578 inch (1,59 cm) diameter indenter!
The impact was applied by applying a 500 inch bond/inch impact to the center. The impacted panels were then placed in a jig and tested edgewise for residual compressive strength. For more details, see NASA Contract.

r Report 159293J 、1980年8月
、NASA、 に記載されている。
r Report 159293J, August 1980, NASA.

ガラス転移温度(T g) Tg値は標準の示差熱分析(TGA)技術によって得ら
れ、加熱速度はlO°1分であった。
Glass Transition Temperature (T g ) T g values were obtained by standard differential thermal analysis (TGA) techniques, with a heating rate of 10° 1 min.

次の実施例の方法は、本発明の実施に有用な樹脂処方物
、プレプレグ及び複合材を製造するのに用いうるものの
代表である。これらの方法は当業者によって熱硬化性樹
脂処方物及び複合材の製造に一般的に用いられる方法と
して認められているものである。
The methods in the following examples are representative of those that can be used to make resin formulations, prepregs, and composites useful in the practice of this invention. These methods are recognized by those skilled in the art as commonly used in the manufacture of thermoset resin formulations and composites.

対照例 A EP−1樹脂処方物を40.8重量部(pb讐)のビス
(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテルを130
℃に加熱しつつ攪拌し、次に10.2ρb讐のウルテム
(Ultem)1000ポリエーテルイミド樹脂を加え
ることによって作った。攪拌加熱を130℃で続ける一
方、樹脂は1時間で溶解し、次に48.1pbνの4,
4′−ビス(3−7ミノフエノキシ)ジフェニルスルホ
ンを加え、混合物を90℃に冷却した。混合物を攪拌し
、約10ター105℃に加熱し、次に80℃に冷却し、
そして0.9pbwのBF3−1’リ工タノールアミン
錯体を激しく攪拌しながら加えた。更に10分撹拌後、
樹脂を反応容器から排出して冷却した。
Control Example A EP-1 resin formulation was mixed with 40.8 parts by weight (pb) of bis(2,3-epoxycyclopentyl) ether at 130 pb.
It was made by stirring while heating to 0.degree. C. and then adding 10.2 .mu.b of Ultem 1000 polyetherimide resin. While stirring and heating continued at 130°C, the resin melted in 1 hour, then 48.1 pbν of 4,
4'-bis(3-7minophenoxy)diphenylsulfone was added and the mixture was cooled to 90°C. The mixture was stirred and heated to 105°C for about 10 t, then cooled to 80°C,
Then 0.9 pbw of BF3-1' re-engineered ethanolamine complex was added with vigorous stirring. After stirring for another 10 minutes,
The resin was discharged from the reaction vessel and cooled.

熱硬化性エポキシ処方物はミート リリース プロダク
ツ カンパニーカらW−89−5PT−6BE/PST
3Aとして得られた13.5インチ(34,29cm)
幅のシリコン被覆剥離紙上に被覆した。被覆物は被覆紙
の二つのロールを与えるように被覆重量41gμ12で
行った。
The thermosetting epoxy formulation is manufactured by Meat Release Products Co., Ltd. W-89-5PT-6BE/PST
13.5 inches (34,29 cm) obtained as 3A
Width was coated onto silicone coated release paper. The coating was carried out with a coating weight of 41 gμ12 to give two rolls of coated paper.

炭素繊維の12インチ(30,48c+a)幅リボンを
105のトウの炭素繊維から杉成した。リボンを二つの
ロールからのフィルムに挟み、そして圧縮して67重量
%炭素繊維、* II 面積型μ45g/+2及U 約
5.5ミルの厚みを有するチーブを与えることによって
プレブレツブを彫成する為にプレプレラグマシンを使用
した。
A 12 inch (30,48c+a) wide ribbon of carbon fiber was made from 105 tow carbon fiber. To carve the preblebs by sandwiching the ribbon between films from two rolls and compressing it to give a chive of 67% by weight carbon fiber, * II area type μ 45 g/+2 and U approximately 5.5 mils thick. A prepure rag machine was used.

プレブレツブチーブをブライ外形(+ 45/90/−
−4510)4sを有する15X15インチ(3B、I
X 38.Icm)ラミネートに積み重ね、オートクレ
ーブ中で90psi圧力下で355”F(179,4℃
)で2時間硬化した。生しる複合材パネルは、冷却後、
衝撃評価の後の圧縮に対する試験試料を提供する為に使
用された。
External shape (+ 45/90/-
-4510) 15X15 inches (3B, I) with 4s
X 38. Icm) stacked in laminate and autoclaved at 355”F (179,4℃) under 90psi pressure.
) for 2 hours. After cooling, the raw composite panels are
It was used to provide test specimens for compression after impact evaluation.

対照例日及びC EP−3(実施例日)及びEP−2(実施例C)のエポ
キシ樹脂処方物を置き換えて対照例Aで使用したように
実質的に同し手順を使用して追加の対照複合材を造った
。エポキシ樹脂処方技術に於いて当業者に容易に理解さ
れるように樹脂処方物の物理的な特性に於けるわずかな
差異に対応する為に取扱に於ける小さな変更を行なった
Control Example Day and C Using substantially the same procedure as used in Control Example A replacing the epoxy resin formulations of EP-3 (Example Date) and EP-2 (Example C), additional A control composite was constructed. Minor changes in handling were made to accommodate slight differences in the physical properties of the resin formulations, as would be readily understood by those skilled in the epoxy resin formulation art.

実施例1〜3のプレプレグを製造するにあたり1段階方
法を使用し、ここで微粒状の改質材をマトリックス樹脂
中に混合し、そして被覆工程によってフィルムを形成し
た。乾燥繊維ウェアを次に71ノブl/グマシン中で二
つのそのような充填した樹脂フィルムで挟んで、両方の
表面に於いて樹脂中に分数された粒を有するプレプレグ
を与えた。
A one-step process was used to prepare the prepregs of Examples 1-3 in which particulate modifiers were mixed into the matrix resin and a film was formed by a coating step. The dried fiberware was then sandwiched between two such filled resin films in a 71 knob l/g machine to give a prepreg with fractionated grains in the resin on both surfaces.

実施例2において、複合材を2段階工程を用いて製造し
たが、ここでは低樹脂含量プレプレグチーブを先ず造り
、次に一方の表面上に積み重ね操作の間に物理的に粒を
ふりまくことによって、粒を被覆した。
In Example 2, a composite was produced using a two-step process in which low resin content prepreg chives were first made and then granulated by physically sprinkling the granules on one surface during a stacking operation. coated.

実施例1 シグマプレートミキサーに49.4pb讐のエポキシ/
EPI溶液(80/2帽1比)を仕込んで、100℃に
加熱しながら混合し、次に3.2ρbwのフロック−1
粒を加えることによって充填したEP−1樹脂処方物を
製造した。フロック粒が均一に分散さするまて混合を続
け、46.5pb讐の4,4′−ビス(3−アミノフェ
ノキシ)ジフェニルスルホンを10分間かけて加え、史
に20分加熱及び撹拌を続けた。混合物を80℃に冷却
後、0.9phwのBF3:l−リエタノールアミン錯
体を撹拌しながら加えた。攪拌を更に10分続け、その
後樹脂を排出させた。
Example 1 49.4 pb of epoxy in a sigma plate mixer
Charge EPI solution (80/2 hat 1 ratio) and mix while heating to 100°C, then add 3.2ρbw floc-1
A filled EP-1 resin formulation was prepared by adding granules. Mixing was continued until the floc particles were uniformly dispersed, and 46.5 pb of 4,4'-bis(3-aminophenoxy) diphenylsulfone was added over 10 minutes, followed by continued heating and stirring for 20 minutes. . After cooling the mixture to 80° C., 0.9 phw of BF3:l-liethanolamine complex was added with stirring. Stirring was continued for an additional 10 minutes, after which the resin was drained.

充填した樹脂のフィルムを43g/m2の被覆重量で被
覆することによって形成し、対照例Aの手順を実質的に
行なって、繊維面積重μ145g/II+2、及び樹脂
含量36.9重量%を有するプレプレグチーブを与えた
。フロック粒の大多数はプレプレグ表面に局在かしてい
た。複合材パネルを、対照例Aの方法によって形成した
A prepreg cheese having a fiber areal weight μ 145 g/II+2 and a resin content of 36.9 wt. gave. The majority of floc grains were localized on the prepreg surface. A composite panel was formed by the method of Comparative Example A.

実施例2 実質的に対照例Aの手順に従って、炭素繊維とEP−3
エポキシ樹脂処方物からつくった、繊維含量65@量%
のプレプレグチーブをブライ外形[+45/90/−4
510]4sを有する+5 x 15インチ(38,1
cm x 38.Icm)積層物に積み重ねた。積み重
ね操作の聞咎ブライの一方の表面はフレーク−1の粒を
降りかけ、約12g/I12の密度で、実質的に均一な
フレークの単一層を与えた。フレークをウルテムフィル
ムで形成し、そしてこれは形状が六角形で、およそ0.
008インチ(0,02cm)の直径であり、厚み1ミ
ルを有していた。
Example 2 Carbon fiber and EP-3 were prepared substantially according to the procedure of Control Example A.
Made from epoxy resin formulation, fiber content 65@wt%
The pre-preg chives are shaped like [+45/90/-4
510] +5 x 15 inches (38,1
cm x 38. Icm) stacked into a laminate. One surface of the brachie during the stacking operation was coated with grains of Flake-1, giving a substantially uniform monolayer of flakes at a density of about 12 g/I12. The flakes are formed from Ultem film and are hexagonal in shape and approximately 0.
It had a diameter of 0.08 inches (0.02 cm) and a thickness of 1 mil.

積み重ね物を次に90ps i圧力で355″’ F 
(179,4℃)で2時間オートクレーブ中で硬化し、
複合材パネルを与えた。試験試料を生じるパネルから切
断し、前の様に試験した。複合材組成及び性質のデータ
を表Tにまとめた。
The stack is then heated to 355''F at 90psi pressure.
Cured in an autoclave for 2 hours at (179,4°C),
Gave composite panels. Test samples were cut from the resulting panels and tested as before. Composite composition and property data are summarized in Table T.

実施例3 91pb誓のEP−3樹n旨をシグマブレードミキサー
に仕込み、10分間樹脂温度35℃に剪断し、次に5゜
9phwのフロック−1粒、及び3.1pbwのABS
−1樹脂粒を加えた。約20分間混合して粒を均一に分
散させ、樹脂を排出させた。複合材を実質的に実施例1
の手順によって製造した。複合材組成及び性質のデータ
を表1にまとめる。
Example 3 91 pb of EP-3 wood was loaded into a sigma blade mixer and sheared for 10 minutes at a resin temperature of 35°C, then one grain of 5°9 phw of floc and 3.1 pbw of ABS was added.
-1 resin granules were added. Mix for approximately 20 minutes to evenly distribute the particles and drain the resin. Example 1
Manufactured by the following procedure. Composite composition and property data are summarized in Table 1.

実施例4〜6に於いて、粒を充填した樹脂処方物のフィ
ルムを低樹脂含量アレプレグテープと組合せてプレプレ
グマシンを通過させ、表面に樹1旨中に分散した粒を有
するプレプレグを与える二段階工程を用いて複合材を造
った。
In Examples 4-6, a film of grain-filled resin formulation is combined with low resin content Arepreg tape and passed through a prepreg machine to provide a prepreg with grains dispersed throughout the surface of the resin. A two-step process was used to make the composite.

実施例4 EP−2樹脂の凍結試料91pbwをシグマプレートミ
キサーに仕込み、樹脂が約35℃の温度に達し、そして
均一になるまで剪断しく10分)、次に9pbwのフロ
ック−2粒を加えた後に、フロックが均一に分散され、
そして樹脂温度が約40℃になるまで続けた。充填した
樹脂のフィルムを被覆重量30g/l12で調製し、そ
して実施例Aの手順にしたがってプレプレグマシンを使
用して炭素繊維及びEP−2樹脂から造られた繊維含量
68重量%を有するプレプレグチーブと一緒にし、繊維
含量68重量%及びta碓面積重量148g/m2を有
し、フロック−2が樹脂被膜中に一方の表面上で分散し
ているプレプレグチーブを与えた。複合材は実施例1の
手順に実質的に従って造られ、繊維容量フラクションV
fが61.1を有する試験パネルを得た。複合材の組成
及び性質データを表1にまとめる。
Example 4 A frozen sample of 91 pbw of EP-2 resin was charged to a sigma plate mixer and sheared until the resin reached a temperature of approximately 35° C. and homogeneous (10 minutes), then 2 grains of 9 pbw of floc were added. Afterwards, the flocs are evenly distributed and
The heating was continued until the resin temperature reached approximately 40°C. A filled resin film was prepared with a coating weight of 30 g/l and prepared with a prepreg cheese having a fiber content of 68% by weight made from carbon fiber and EP-2 resin using a prepreg machine according to the procedure of Example A. Together, they gave a prepreg cheese having a fiber content of 68% by weight and an area weight of 148 g/m2, with Flock-2 dispersed on one surface in a resin coating. The composite was made substantially according to the procedure of Example 1 and had a fiber volume fraction V
A test panel with f of 61.1 was obtained. The composition and property data of the composite are summarized in Table 1.

実施例5 炭素繊維及びEP−2樹脂から製造した繊維台μ173
重量%を有するプレプレグチーブを実施例4の二つの充
填した樹脂フィルムの間に挟んで繊維含量61重量%、
及びNIk維面積重敏14B3/m2を有する最終プレ
プレグテープを得た。実質的に複合材を実施例10手μ
μに従って製造し、m &I容容量タラクシ3ンVf5
3.1を有する試験パネルを与えた。
Example 5 Fiber stand μ173 manufactured from carbon fiber and EP-2 resin
The prepreg chives having a fiber content of 61% by weight were sandwiched between the two filled resin films of Example 4.
A final prepreg tape was obtained having a fiber area density of 14B3/m2. Practically the composite material Example 10 μ
Manufactured according to μ, m & I capacity Taraxin 3 Vf5
A test panel with 3.1 was given.

複合材組成及び性質データを表Iにまとめる。Composite composition and property data are summarized in Table I.

実施例6 フロック−3粒で充填した樹脂フィルムを実質的に実施
例40手順にしたがって、91pbwのEP−2IIN
、及び9pbwのフロック−3粒から造った。
Example 6 A resin film filled with floc-3 grains was prepared substantially according to the procedure of Example 40 to produce 91 pbw of EP-2IIN.
, and 9 pbw of floc-3 grains.

フィルムを73を量%の繊維含量を有し、炭素繊維及び
EP−2樹脂から造ったプレプレグチーブと一緒にし、
繊維含量63重量%、及び繊維面積重量147g/μ2
を有する最終プレプレグチーブを与えた。
combining the film with prepreg cheese having a fiber content of 73% by weight and made from carbon fiber and EP-2 resin;
Fiber content 63% by weight, and fiber area weight 147g/μ2
The final prepreg cheese was given.

複合材は実質的に実施例1の手順にしたがって造、繊維
客員フラクション Vf56.Iを有する試験パネルを
与えた。複合材組成及び性質データを表Iにまとめる。
The composite was made substantially according to the procedure of Example 1, and the fiber fraction Vf56. A test panel with I was given. Composite composition and property data are summarized in Table I.

実施例1〜6の複合材の組成及び物理的性質を対照例A
−Cのものと共に次の表Iにまとめる。
The composition and physical properties of the composites of Examples 1 to 6 were compared with Comparative Example A
-C are summarized in Table I below.

表1 EP−1 なし 67.0 0.175 30.2 EP−3 EP−3 なし 63.7 フレーク−160,6 0,17831,[3 0,18641,6 12,8 EP−2 EP−2 EP−2 EP・2 なし  62.3 フロック−268 フロック−261 フロック−363 0,187 0,170 0,198 0,185 32,6 41,7 50,2 45,3 脚注:EP−1等はエポキシ処方物である。これら及び
充填銅粒に対する省略形は本文中にまとめである。充填
剤含量は(樹脂含量十充填剤)に基づいた重量%である
。繊維含量は合計の複合材に基づいた重量%である。
Table 1 EP-1 None 67.0 0.175 30.2 EP-3 EP-3 None 63.7 Flake-160,6 0,17831,[3 0,18641,6 12,8 EP-2 EP-2 EP-2 EP・2 None 62.3 Flock-268 Flock-261 Flock-363 0,187 0,170 0,198 0,185 32,6 41,7 50,2 45,3 Footnote: EP-1 etc. It is an epoxy formulation. Abbreviations for these and filled copper grains are summarized in the text. Filler content is weight percent based on (resin content plus filler). Fiber content is weight percent based on total composite.

CAI=衝撃後の圧縮、試験手順についての本分を参照
CAI = Compression after impact, see main section for test procedures.

実施例の残留圧縮強度の考慮及び対応する対照例との比
較から、プライ間の間隔内にマトリックス樹脂中に細長
い粒を分散させることによって、層状の複合材のブライ
を隔てることは、複合材の靭性に於ける実質的な改良を
与えることが明らかである0例えば、フロック及びフレ
ーク粒の添加は、実施例1を実施MAと、実施例2を実
施例Bと、そして実施例4〜6を実施例Cと比較するこ
とから分るようにCAI性質を10から18 kpsま
でも増加する。71合材の厚みの増加及び複合材の合計
繊維含量の減少に反映される充填したエポキシ樹脂の割
合の増加が、はとんど9kpsiのCAIに於ける増加
を生じている実施例4及び5で分るように、改良の程度
は一部は粒子水準に依存する。
From consideration of the residual compressive strength of the examples and comparison with corresponding control examples, it has been found that separating the blies of layered composites by dispersing elongated grains in the matrix resin within the interply spacings For example, the addition of floc and flake grains is shown to provide a substantial improvement in toughness. As can be seen from comparison with Example C, the CAI properties are increased from 10 to 18 kps. Examples 4 and 5 where an increase in the percentage of filled epoxy resin reflected in an increase in the thickness of the composite and a decrease in the total fiber content of the composite results in an increase in CAI of only 9 kpsi. As can be seen, the degree of improvement depends in part on the particle level.

細長い粒と他の樹脂粒との混合物は、実施例3とBの比
較により分るように同様の程度の改良を生じ得る。改良
の水準はまた一部は粒の特徴及び眉間領域中でマトリッ
クス樹脂中に粒が分散される均一性に依存し得る。実施
例2の方法に実質的に従って実施された、金属化された
ポリエステルフレークを用いた別の複合材製造に於いて
は、CAIの改良は約2kps iの増加のみに相当し
た。顕微鏡写X検査によって、金属化フレークはマトリ
ックス樹脂によく接着せず、よく分散しなかったことが
示された。同様に、ナイロンフロック、フロック−1及
びテトラグリシジル及びトリグリシジルエポキシ樹脂の
混合物に由来するエポキシ樹脂に基づく複合材も、約2
kpsiシかCAIの増加を与えなかった。この場合も
顕微鏡写真の検査は、マトリックス樹脂がフロックによ
く付着していないことを示し、このことは更に、フロッ
クはマトリックス樹脂に均一に分散していなかったこと
を示す。
Mixtures of elongated grains and other resin grains can produce a similar degree of improvement, as can be seen by comparing Examples 3 and B. The level of improvement may also depend in part on the grain characteristics and the uniformity with which the grains are dispersed in the matrix resin in the glabellar region. In another composite manufacture using metallized polyester flakes carried out substantially according to the method of Example 2, the improvement in CAI corresponded to an increase of only about 2 kpsi. Micrograph X examination showed that the metallized flakes did not adhere well to the matrix resin and were not well dispersed. Similarly, composites based on nylon flock, floc-1 and epoxy resins derived from mixtures of tetraglycidyl and triglycidyl epoxy resins also
No increase in kpsi or CAI was given. Again, inspection of the micrographs showed that the matrix resin did not adhere well to the flocs, which further indicates that the flocs were not evenly distributed in the matrix resin.

このように本発明は強靭化された繊維強化複合材構造を
製造するのに使用する為の細長い粒で充填されたマトリ
ックス樹脂処方物、及びそのような複合材を強靭化する
方法であることがわかる。
Thus, the present invention is a matrix resin formulation filled with elongated grains for use in making toughened fiber-reinforced composite structures, and a method of toughening such composites. Recognize.

強靭化された複合材はマトリックス樹脂中に埋め込まれ
た連続繊維から形成された別々の層を含んでおり、複合
材の強靭化は層状になった複合材の層間の間隔内におい
てマトリックス樹脂中に細長い粒を含めることによって
達成される。細長い粒は、繊維、フレーク及びこれらの
混合物から選ばれるものであり得るが、複合材製造に於
いて遭遇する圧力及び温度に対抗する為に充分な剛性及
び難さを有する剛性物質で形成されている。粒は寸法が
1〜約75μの範囲の細長い粒からなっており(粒の最
小寸法で定l#、)、そして大多数の粒寸法が通常は約
1〜75ミクロンの範囲の所望のブライ間空間を与える
ように選択される。本発明の繊維強化複合材を強靭化す
る方法は繊維強化物と紺合せる種々の慣用のマトリック
ス樹脂を使用して形成された複合材に適用できる。しか
し、好ましい複合材は熱硬化マトリックス樹脂に基づく
ものであり、より好ましくはエポキシ樹脂処方物に基づ
くものである。
Toughened composites include separate layers formed from continuous fibers embedded in a matrix resin; This is achieved by including elongated grains. The elongated grains may be selected from fibers, flakes, and mixtures thereof, but must be formed of a rigid material having sufficient stiffness and difficulty to withstand the pressures and temperatures encountered in composite manufacturing. There is. The grains consist of elongated grains ranging in size from 1 to about 75 microns (l#, defined as the smallest dimension of the grain), and the majority grain size typically has a desired brining distance ranging from about 1 to 75 microns. chosen to give space. The method of toughening fiber reinforced composites of the present invention is applicable to composites formed using a variety of conventional matrix resins combined with fiber reinforcement. However, preferred composites are those based on thermoset matrix resins, more preferably those based on epoxy resin formulations.

樹脂処方及び複合材製造技術に於ける当業者にとって、
史に改良、及び変更を加えることは自明の事であり、そ
のような変更及び修正は特許請求の範囲に定義された本
発明の範囲内にある。
For those skilled in the art of resin formulation and composite manufacturing,
It is obvious that improvements and changes may be made thereto, and such changes and modifications are within the scope of the invention as defined in the claims.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、99〜約75重量%の熱硬化性樹脂と、2:1より
も大きなアスペクト比を有し、最小寸法が約1〜約75
ミクロン(μ)の範囲であってポリアミド、ポリイミド
、酸化されたポリアクリロニトリル、炭化したポリアク
リロニトリル及びこれらの混合物からなる群から選ばれ
る剛性の物質で形成されたフレーク又は繊維フロック粒
1〜約25重量%を含んでいる硬化可能なマトリックス
樹脂処方物。 2、上記熱硬化樹脂が100pbwの複数のエポキシ基
を有するエポキシ樹脂、6〜150pbwのアミン硬化
剤及び0〜30pbwの熱可塑性重合体を含んでいるエ
ポキシ樹脂処方物である特許請求の範囲第1項に記載の
硬化可能なマトリックス樹脂処方物。 3、(a)100pbwのシクロ脂肪族エポキシエーテ
ル、約6〜約150pbwのジアミン硬化剤、及び約0
〜約30pbwの熱可塑性重合体からなるエポキシ樹脂
処方物99〜約75重量%、及び(b)2:1よりも大
きなアスペクト比及び約1〜約75ミクロン(μ)の範
囲の最小寸法を有し、ポリアミド、ポリイミド、酸化ポ
リアクリロニトリル、炭化ポリアクリロニトリル、及び
これらの混合物からなる群から選ばれた剛性の物質で形
成されたフレーク又はフロック粒1〜約 25重量%を含んでいる硬化可能なマトリックス樹脂処
方物。 4、上記粒がポリアクリロニトリル繊維、ポリアミド繊
維、酸化ポリアクリロニトリル繊維、炭素繊維、及びこ
れらの混合物からなる群から選ばれる繊維で形成されて
いる繊維フロックである特許請求の範囲1又は3項に記
載の硬化可能なマトリックス樹脂処方物。 5、上記粒がポリイミドフレークである特許請求の範囲
第1又は3項に記載の硬化可能なマトリックス樹脂処方
物。
Claims: 1.99 to about 75% by weight thermoset resin, an aspect ratio greater than 2:1, and a smallest dimension of about 1 to about 75% by weight.
1 to about 25 weight flakes or fiber flock particles formed of a rigid material in the micron (μ) range and selected from the group consisting of polyamide, polyimide, oxidized polyacrylonitrile, carbonized polyacrylonitrile, and mixtures thereof. A curable matrix resin formulation containing %. 2. Claim 1, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin formulation containing 100 pbw of an epoxy resin having a plurality of epoxy groups, 6 to 150 pbw of an amine curing agent, and 0 to 30 pbw of a thermoplastic polymer. Curable matrix resin formulations as described in Section. 3. (a) 100 pbw cycloaliphatic epoxy ether, about 6 to about 150 pbw diamine curing agent, and about 0
99% to about 75% by weight of an epoxy resin formulation comprised of ~30 pbw of thermoplastic polymer, and (b) having an aspect ratio greater than 2:1 and a minimum dimension ranging from about 1 to about 75 microns (μ). and 1 to about 25% by weight of flake or flock particles formed of a rigid material selected from the group consisting of polyamide, polyimide, oxidized polyacrylonitrile, carbonized polyacrylonitrile, and mixtures thereof. Resin formulation. 4. According to claim 1 or 3, the particles are fiber flocks made of fibers selected from the group consisting of polyacrylonitrile fibers, polyamide fibers, oxidized polyacrylonitrile fibers, carbon fibers, and mixtures thereof. curable matrix resin formulation. 5. The curable matrix resin formulation according to claim 1 or 3, wherein the particles are polyimide flakes.
JP18064989A 1988-07-15 1989-07-14 Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle Pending JPH0269566A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US219,209 1980-12-22
US21920988A 1988-07-15 1988-07-15
US28176888A 1988-12-09 1988-12-09
US281,768 1988-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0269566A true JPH0269566A (en) 1990-03-08

Family

ID=26913678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18064989A Pending JPH0269566A (en) 1988-07-15 1989-07-14 Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0269566A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008018421A1 (en) 2006-08-07 2008-02-14 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
JP4655329B2 (en) * 2000-05-16 2011-03-23 東レ株式会社 Unidirectional prepreg and fiber reinforced composites
WO2013084669A1 (en) 2011-12-05 2013-06-13 東レ株式会社 Carbon fiber molding material, molding material, and carbon fiber-strengthening composite material
WO2014017339A1 (en) 2012-07-25 2014-01-30 東レ株式会社 Prepreg and carbon-fiber-reinforced composite material
WO2018181254A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 東レ株式会社 Prepreg and fiber reinforced composite material
WO2019150193A1 (en) 2018-01-31 2019-08-08 Toray Industries, Inc. Prepreg sheets and prepreg stacks useful for preparing low void content fiber-reinforced compostite materials
WO2020059599A1 (en) 2018-09-18 2020-03-26 東レ株式会社 Prepreg, prepreg laminate, and fiber-reinforced composite material
US10808091B2 (en) 2014-09-19 2020-10-20 Toray Industries, Inc. Notched pre-preg and notched pre-preg sheet
US11565497B2 (en) 2018-03-30 2023-01-31 Toray Industries, Inc. Prepreg, laminate body, fiber-reinforced composite material, and manufacturing method for fiber-reinforced composite material

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4655329B2 (en) * 2000-05-16 2011-03-23 東レ株式会社 Unidirectional prepreg and fiber reinforced composites
WO2008018421A1 (en) 2006-08-07 2008-02-14 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
EP2452967A1 (en) 2006-08-07 2012-05-16 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fibre-reinforced composite material
EP2455418A1 (en) 2006-08-07 2012-05-23 Toray Industries, Inc. Prepreg and Carbon Fiber-Reinforced Composite Material
EP2455419A1 (en) 2006-08-07 2012-05-23 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
EP2460846A1 (en) 2006-08-07 2012-06-06 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
EP2666807A2 (en) 2006-08-07 2013-11-27 Toray Industries, Inc. A Prepreg And Carbon Fiber Reinforced Composite Materials
WO2013084669A1 (en) 2011-12-05 2013-06-13 東レ株式会社 Carbon fiber molding material, molding material, and carbon fiber-strengthening composite material
WO2014017339A1 (en) 2012-07-25 2014-01-30 東レ株式会社 Prepreg and carbon-fiber-reinforced composite material
EP3401357A1 (en) 2012-07-25 2018-11-14 Toray Industries, Inc. Prepreg and carbon fiber reinforced composite material
US10808091B2 (en) 2014-09-19 2020-10-20 Toray Industries, Inc. Notched pre-preg and notched pre-preg sheet
WO2018181254A1 (en) 2017-03-29 2018-10-04 東レ株式会社 Prepreg and fiber reinforced composite material
WO2019150193A1 (en) 2018-01-31 2019-08-08 Toray Industries, Inc. Prepreg sheets and prepreg stacks useful for preparing low void content fiber-reinforced compostite materials
US11565497B2 (en) 2018-03-30 2023-01-31 Toray Industries, Inc. Prepreg, laminate body, fiber-reinforced composite material, and manufacturing method for fiber-reinforced composite material
WO2020059599A1 (en) 2018-09-18 2020-03-26 東レ株式会社 Prepreg, prepreg laminate, and fiber-reinforced composite material
US11760053B2 (en) 2018-09-18 2023-09-19 Toray Industries, Inc. Prepreg, prepreg laminate, and fiber-reinforced composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5087657A (en) Fiber-reinforced composites toughened with resin particles
US6596373B1 (en) Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material prepreg, and fiber-reinforced composite material
KR101511186B1 (en) Composite material with blend of thermoplastic particles
JP3359037B2 (en) "Prepreg and fiber-reinforced composite materials"
US5169710A (en) Fiber-reinforced composites toughened with porous resin particles
CN104884511B (en) Fiber-reinforced polymer complex with hard interface phase
JPH0267333A (en) Fiber-reinforced composite material filled with resin particle
US4977218A (en) Carboxylated rubber particles as tougheners for fiber reinforced composites
US4977215A (en) Carboxylated rubber particles as tougheners for fiber reinforced composites
JPH0269566A (en) Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle
JPH0694515B2 (en) Prepreg
US5089560A (en) Exopy resin with aromatic oligomer and rubber particles
JPS63170428A (en) Production of prepreg
US6060147A (en) Process for preparing a carbon fiber-reinforced composite material having a morphology gradient
JP2001114915A (en) Prepreg and fiber-reinforced composite material
JP3508346B2 (en) Prepreg and fiber reinforced composite materials
JP5668329B2 (en) Epoxy resin composition and fiber reinforced composite material using the same
JP4655329B2 (en) Unidirectional prepreg and fiber reinforced composites
JPH051159A (en) Fiber-reinforced composite material reinforced with porous resin particles
EP0351025A2 (en) Fiber reinforced composites toughened with carboxylated rubber particles
EP0351027A2 (en) Carboxylated rubber particles as tougheners for fiber reinforced composites
JPH04234423A (en) Matrix epoxy resin composition having improved storage stability
JP2510093B2 (en) Prepreg and molded products
CA2048079A1 (en) Fiber-reinforced composites toughened with resin particles
EP0351026A2 (en) Fiber-reinforced composites toughened with elongated rigid particles