JPH04292636A - プリプレグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマトリックス樹脂の優れ
た熱的性質、機械的性質を損なうことなく、それから得
られる成形物に優れた靱性を賦与出来る繊維強化複合材
料用プリプレグに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】炭素
繊維等の高強度高弾性繊維を補強材とする複合材料は、
その比強度、比弾性に優れるという特徴を活かしてスポ
ーツ用途を中心に広く用いられてきている。通常マトリ
ックス樹脂として用いられるエポキシ樹脂、ビスマレイ
ミド樹脂をはじめとする熱硬化性樹脂は種々の特長を有
する一方で靱性に乏しいという欠点を有するためにその
用途はかなり制限されたものとなっていた。

【０００３】この熱硬化性樹脂の欠点を改良する方法と
してはゴム成分や熱可塑性樹脂を添加する方法が一般的
であるが十分な靱性改良効果をあげるためには多量に添
加する必要があり、耐熱性、耐溶剤性等の低下を招く結
果となっていた。またインターリーフと呼ばれる一種の
接着剤層を層間に挿入する方法も提案されているが繊維
含有率が上げられないなどの理由から広く実用化される
には至っていない。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的はビスマレイミドマトリッ
クス樹脂の優れた熱的性質、機械的性質を損ねることな
く、それから得られる成形物に優れた靱性を賦与出来る
繊維強化複合材料用プリプレグを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、（Ａ）
弾性率　　２００ＧＰａ以上の補強用繊維（Ｂ）弾性率
　　１００ＧＰａ以下の繊維状熱可塑性樹脂（Ｃ）多官
能性マレイミド系マトリックス樹脂からなる繊維強化複
合材料用プリプレグにおいて、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
各成分の比率が下記の範囲内にあり、かつ（Ｂ）の繊維
状熱可塑性樹脂がその外表面に存在していることを特徴
とするプリプレグにある。 　　　　（Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５　　
重量比　　　　（Ｂ）／（Ｃ）＝０．５／１００〜４０
／１００　　重量比

【０００６】本発明における（Ａ）
の弾性率２００ＧＰａ以上の補強用繊維としては炭素繊
維、黒鉛繊維、ボロン繊維等通常の繊維強化複合材料に
用いられる補強用繊維がそのまま用いられるが、引張強
度３５００ＭＰａ以上の炭素繊維、黒鉛繊維が好適に用
いられる。なかでも引張強度４５００ＭＰａ以上、伸度
１．７％以上の高強度・高伸度の炭素繊維、黒鉛繊維が
最も好適に用いられる。

【０００７】本発明に用いられる（Ｃ）の多官能性マレ
イミド系マトリックス樹脂は多官能性マレイミドを主成
分とする樹脂組成物であり、分子内に２個以上のマレイ
ミド基を有する化合物が３０重量％以上好ましくは４０
重量％以上を占める樹脂組成物である。耐熱性、靱性等
の物性を低下させない範囲内で単官能マレイミド化合物
をあるいは他の共重合可能な反応性化合物を含んでいて
も良い。

【０００８】多官能性マレイミドとしては下記の化合物
が挙げられる。１，２−ビスマレイミドエタン、１，６
−ビスマレイミドヘキサン、１，１２−ビスマレイミド
ドデカン、１，６−ビスマレイミド−（２，２，４−ト
リメチル）ヘキサン、１，６−ビスマレイミド−（２，
４，４−トリメチル）ヘキサン、１，３−又は１，４−
ビスマレイミドベンゼン、４，４′−又は３，３′−ビ
スマレイミドジフェニルメタン、２，４−、２，６−又
は３，４−ビスマレイミドトルエン、３，３′−又は４
，４′−ビスマレイミドジフェニルスルホン、４，４′
−または３，４′−ビスマレイミドジフェニルエーテル
、４，４′−ビスマレイミドジシクロヘキシルメタン、
４，４′−ビスマレイミドジフェニルシクロヘキサン、
４，４′−ビスマレイミドジフェニルスルフィド、Ｎ，
Ｎ′−ｍ−又はｐ−キシリレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ
′−ｍ−フェニレンビス−シトラコンイミド、Ｎ，Ｎ′
−４，４′−ジフェニレンビス−シトラコンイミド、２
，２−ビス〔４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニ
ル〕プロパン、ビス〔４−（４−マレイミドフェノキシ
）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（３−マレイミドフ
ェノキシ）フェニル〕スルホン、１，３−ビス（４−マ
レイミドフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−マ
レイミドフェノキシ）ベンゼン、Ｎ，Ｎ′−〔１，３−
フェニレン−ジ−（２，２−プロピリデン）−ジ−ｐ−
フェニレン〕ビスマレイミド等ならびにこれらの混合物
及びマレイミドとジアミンとからなるプレポリマーを含
む。用いられるジアミンとしては、ジアミノジフェニル
メタン等芳香族ジアミンが好ましい。４，４′−ビスマ
レイミドジフェニルメタン、この化合物と１，６−ビス
マレイミド−（２，２，４−トリメチル）ヘキサン、及
びビスマレイミドトルエンの共融混合物が特に好ましい
。

【０００９】多官能性マレイミド化合物と共重合可能な
反応性化合物としては、例えばｏ，ｏ′−ジアリルビス
フェノールＡ、ｏ，ｏ′−ジアリルビスフェノールＦ、
トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン、Ｎ−
ビニルピロリドン及びエチレングリコールジメタクリレ
ートなどが挙げられる。これらの共重合可能な反応性化
合物は単独あるいは混合して樹脂組成物中７０重量％以
下、好ましくは５０重量％以下の範囲で用いられる。こ
れらの共重合可能な化合物のうち、ｏ，ｏ′−ジアリル
ビスフェニルＡ、ｏ，ｏ′−ジアリルビスフェニルＦ等
のアルケニルフェノールは樹脂組成物の靱性向上、加工
性向上にも効果があり、樹脂組成物中１０〜５０重量％
の範囲で用いることが好ましい。

【００１０】また多官能性ビスマレイミドを主成分とす
る樹脂組成物は、熱により容易に硬化させることができ
るが、硬化物に所望の特性を付与したり硬化特性を調整
する目的で触媒を添加してもよい。触媒としてはオルガ
ノホスフィン類、オルガノホスホニウム塩あるいはそれ
らの錯体、イミダゾール類、第３級アミン、第４級アン
モニウム塩、三弗化ホウ素アミン塩などのイオン触媒及
び有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル等のラジ
カル重合触媒を用いることができる。触媒の添加量は目
的に応じて決定すればよいが、樹脂組成物の安定性の面
から全樹脂成分に対して０．０１〜５重量％が好ましい
。

【００１１】更にカルボキシル基末端ブタジエン／アク
リロニトリル共重合体、カルボキシル基末端ポリブタジ
エン、アクリロイルオキシ基末端ブタジエン／アクリロ
ニトリル共重合体などの反応性エラストマー、エポキシ
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリ
コーン樹脂、トリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエ
ーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、熱可塑性イミド、ポリエステル、ポリア
ミド、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を添加しても
よい。熱可塑性樹脂の添加量は３０重量％以下にするこ
とが好ましい。３０重量％を越えて用いた場合には系の
粘度が高くなり過ぎ、プリプレグ化時の含浸不良の原因
となるだけでなくプリプレグのタック特性、ドレープ特
性低下の原因にもなる。

【００１２】また微粉末シリカなどの無機質微粒子を少
量混合することも可能である。（Ａ）の補強用繊維と（
Ｃ）の多官能性ビスマレイミド系マトリックス樹脂の比
率はその目的に応じて適宜設定することが可能であるが
重量比で （Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５の範囲が特に
好ましい。

【００１３】本発明における（Ｂ）の弾性率１００ＧＰ
ａ以下の繊維状熱可塑性樹脂としては繊維状のポリアミ
ド、ポリエステルのほかポリエーテルイミド、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリ
アリールスルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどい
わゆるエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジ
ニアリングプラスチックを繊維状に賦形したものが好適
に用いられる。

【００１４】分子鎖中にアミノ基、フェノール性水酸基
、アリル基、ビニル基等マトリックス樹脂と反応しうる
官能基を有するものが好ましく、共重合等の手段により
官能基を末端あるいは分子鎖中に導入したエンジニアリ
ングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチ
ックあるいはポリマーアロイ化したもの等が好適である
。又ポリイミドなどマレイミド樹脂となじみ易いものも
好ましい。

【００１５】繊維状熱可塑性樹脂の形態としてはモノフ
ィラメントあるいはそれらを束にしたものが好ましいが
必ずしもそれらに限定されるものではない。繊維の直径
としては１００μ以下が好ましく、５０μ以下がより好
ましい。ビスマレイミド樹脂をマトリックスとする複合
材料の靱性の改善は熱可塑性樹脂を粉末状で樹脂中に添
加することによっても達成可能であるが、熱可塑性樹脂
粉末を樹脂中に均一に分散あるいは溶解した場合には、
系全体の粘度上昇に伴うプリプレグ製造時の工程通過性
の低下あるいはプリプレグのタックレベルの低下等の問
題は避けられない。

【００１６】さらに例えば特開平１−１１０５３７号公
報には球状の微粒子をプリプレグの表面からプリプレグ
の厚さの３０％以内の深さに局在化させることにより効
果的に複合材料の靱性が改善されることが開示されてい
るが、この場合でもプリプレグのタックの大幅な低下は
避けられないだけでなく、工程の複雑化、品質管理の複
雑化等の問題が更に発生する。

【００１７】それに対して本発明の繊維状の熱可塑性樹
脂を用いる方法は １）少量の熱可塑性樹脂を表面に配置することができる
２）プリプレグのタックレベルのコントロールが容易で
ある ３）高粘度物を扱う必要がなく従来のプリプレグ製造プ
ロセスがそのまま利用できる ４）品質管理が容易である 等さまざまな特徴を有している。これらは従来の技術で
は得られない効果であり、本発明における繊維状の熱可
塑性樹脂を用いることにより、初めて得られる効果であ
る。

【００１８】繊維状熱可塑性樹脂の比率としては（Ｃ）
の多官能性ビスマレイミド系マトリックス樹脂１００重
量部に対し０．５〜４０重量部が好ましい。０．５重量
部未満では十分な靱性改良効果が得られない。逆に４０
重量部を越えると熱可塑性樹脂を用いても靱性改良効果
は頭打ちになるばかりでなく、用いる樹脂の種類によっ
ては耐熱性、耐溶剤性などの特性が大幅に低下するケー
スもあり好ましくない。

【００１９】本発明における繊維状熱可塑性樹脂はプリ
プレグ外表面付近に存在していることが重要である。プ
リプレグの中心部に完全に埋没した状態では十分な靱性
改良効果は得られない。しかしながら繊維状熱可塑性樹
脂がプリプレグ表面から完全に浮き出ている状態はやは
り好ましくなく、その大半が樹脂中に埋没していること
が好ましい。また繊維状熱可塑性樹脂は等間隔で一方向
に引揃えられた状態で存在するのがより好ましい。

【００２０】引揃え方向は特に制限はなく、補強用繊維
に対してあらゆる角度で存在しうるが補強用繊維と同じ
方向に引揃えるのがプロセス上最も容易である。補強用
繊維とマトリックス樹脂並びに繊維状熱可塑性樹脂から
このようなプリプレグを製造する方法は特に制限はなく
、繊維状熱可塑性樹脂をあらかじめ引揃えて含浸した樹
脂フィルムと補強用繊維とから通常のプリプレグを製造
するのと同様の方法でプリプレグ化する方法や、通常の
方法で製造したプリプレグに繊維状熱可塑性樹脂を引揃
えて一体化する方法等で製造できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のプリプレグから得られる成形物
は、マトリックス樹脂の優れた熱的性質、機械的性質を
損なうことなく、優れた靱性が付与されたものであり、
しかも発生したクラックを伝播させにくい特性を有する
ため、航空機用構造材料等として好適に使用される。

【００２２】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
。 実施例１〜３ 表１に示す樹脂組成物と高強度中弾性炭素繊維（三菱レ
イヨン製、ＭＲ５０Ｋ、引張強度５６００ＭＰａ，弾性
率３００ＧＰａ）とから一方向プリプレグをホットメル
ト法で製造した。プリプレグのＣＦ目付は１４５ｇ／ｍ
２　、樹脂含有率３１重量％であった。

【００２３】このプリプレグにポリエーテルイミド繊維
（弾性率約４ＧＰａ，３００デニール／２４フィラメン
ト）を片面あたりの繊維目付が８ｇ／ｍ２になるように
フィラメントワインディング法でプリプレグ両面にＣＦ
と同方向に等間隔（４．１ｍｍ間隔）でワインドし、更
にポリエーテルイミド繊維の大半をプリプレグ中に軽く
埋め込み本発明のプリプレグを製造した。

【００２４】このプリプレグから所定の寸法の小片を切
り出し、（＋４５°／０°／−４５°／９０°）４Ｓに
積層後、オートクレーブ成形で衝撃後圧縮強度測定用の
試験片を成形した。（硬化条件：１８０℃×６時間，５
気圧＋後硬化条件：２１４℃×６時間フリースタンド）
この試験片を用いてＳＡＣＭＡ（Ｓｕｐｐｌｉｅｒｓ　
　ｏｆ　　Ａｄｖａｎｃｅｄ　　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　
　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）Ｒ
ｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　　ＭｅｔｈｏｄＳＲＭ２−８８
に準拠して２７０　　ｌｂ−ｉｎ衝撃後の圧縮強度を測
定し、表１に示す結果を得た。

【００２５】比較例１〜３ プリプレグの樹脂含有率が３６重量％になるような樹脂
フィルムを用いる他は実施例１〜３と同様にして一方向
プリプレグを製造した。このプリプレグを用いポリエー
テルイミド繊維を付着させることなしに実施例１と同様
に評価した。結果は表１に併せて示した。

【００２６】以上の結果から明らかなように本発明のプ
リプレグから得られる成形体は比較例に比べ衝撃後の圧
縮強度が高く、耐衝撃性に優れることがわかる。

【００２７】実施例４，５ 実施例１と同様にして、但しポリエーテルイミド繊維の
かわりにポリイミドＭａｔｒｉｍｉｄ５２１８　（チバ
ガイギー社製）を塩化メチレンに溶解し、所定の粘度（
１０００ポイズ粘度）に調整した液を繊維状に押出し、
乾燥して巻取った弾性率約４ＧＰａ，２５０デニール／
２４フィラメントの糸束を用いて片面当りの繊維目付を
８ｇ／ｍ２　とする為プリプレグ上へのワインド間隔を
３．５ｍｍとして実施例１と同様に実施した。結果を表
２に示した。

【００２８】実施例６，７ 実施例１と同様にして、但しポリエーテルイミド繊維の
かわりにポリイミドＰ−８４繊維（レンチング社）（弾
性率約４ＧＰａ，３５６デニール／２３４フィラメント
）を用い、片面当りの繊維目付を８ｇ／ｍ２　とする為
プリプレグ上へのワインド間隔を５ｍｍとする以外は、
実施例１と同様に実施した。表２に示す結果を得た。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）弾性率　　２００ＧＰａ以上の
   補強用繊維 （Ｂ）弾性率　　１００ＧＰａ以下の繊維状熱可塑性樹
   脂（Ｃ）多官能性マレイミド系マトリックス樹脂からな
   る繊維強化複合材料用プリプレグにおいて、（Ａ），（
   Ｂ），（Ｃ）各成分の比率が下記の範囲内にあり、かつ
   （Ｂ）の繊維状熱可塑性樹脂がその外表面に存在してい
   ることを特徴とするプリプレグ。 　　　　（Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５　　
   重量比　　　　（Ｂ）／（Ｃ）＝０．５／１００〜４０
   ／１００　　重量比
2. 【請求項２】　　（Ａ）が引張強度
   ３５００ＭＰａ以上の炭素繊維あるいは黒鉛繊維である
   ことを特徴とする請求項１記載のプリプレグ。
3. 【請求項３】　　（Ｂ）が熱可塑性樹脂のモノあるいは
   マルチフィラメントであることを特徴とする請求項１記
   載のプリプレグ。
4. 【請求項４】　　（Ｂ）の繊維状熱可塑性樹脂が一方向
   に一定間隔でその外表面に埋めこまれていることを特徴
   とする請求項１記載のプリプレグ。
5. 【請求項５】　　（Ｃ）の多官能性マレイミド系マトリ
   ックス樹脂が、多官能性マレイミドおよび多官能性マレ
   イミドと共重合可能な反応性化合物としてのアルケニル
   フェノールを主成分とする樹脂組成物であることを特徴
   とする請求項１記載のプリプレグ。