JPH04325529A - 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】

【技術分野】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。本発明のプリプレグから得られる成形
物は航空機用構造材料等として好適に使用される。

【０００２】

【従来の技術および問題点】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。 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。

【０００３】また例えば特開昭６３−１６２７３２号公
報に提案されているように熱可塑性樹脂を粉末状でマト
リックス樹脂中に添加することによっても達成可能であ
るが、熱可塑性樹脂の粉末をエポキシ樹脂中に均一に分
散あるいは溶解した場合には系全体の粘度上昇に伴なう
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もさけれられない。更
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、
プリプレグタックの大幅な低下はさ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新に発
生する。又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至ってい
ない。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的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更に、その充分な
タックレベル、ドレープ性、含浸性を特徴とし、取扱い
性にも優れた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】

（Ａ）弾性率２００ＧＰａ以上の補強用繊維（Ｂ）ＧＩ
Ｃが１５００Ｊ／ｍ２　以上の熱可塑性樹脂を素材とす
る繊維 （Ｃ）熱硬化性樹脂系のマトリックス樹脂から成る繊維
強化複合材料用プリプレグにおいて、（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の比率が下記範囲内にありかつ（Ｂ）がその外表
面に存在することを特徴とするプリプレグに関する。 （Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５（Ｂ）／（Ｃ
）＝０．５／１００〜２０／１００

【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。中でも引張強度４５００Ｍ
Ｐａ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】本発明における（Ｃ）の熱硬化性樹脂系の
マトリックス樹脂としてはアミン類、フェノール類を前
駆体とするエポキシ系の樹脂や多官能性マレイミド系の
樹脂が好ましく用いられる。具体的には例えばエポキシ
系の樹脂としてはテトラグリシジルジアミノジフェニル
メタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、トリ
グリシジル−ｍ−アミノフェノール、トリグリシジルア
ミノクレゾールの各種異性体、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、フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂及びこ
れらの２種以上の混合物等があげられる。

【０００８】また多官能性マレイミド系の樹脂としては
１，２−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）ヘキサン等を主成分
とする樹脂組成物などがあげられるが、もちろんこれら
の熱硬化性樹脂に限られるものではなく、プリプレグの
成形性やタック、ドレープ特性あるいはマトリックス樹
脂の取扱い性に悪影響を与えない範囲で熱可塑性樹脂エ
ラストマー成分、無機系微粒子、等を添加し、マトリッ
クス樹脂とすることも可能である。

【０００９】また（Ａ）と（Ｃ）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、重量化で（Ａ）
／（Ｃ）＝５５／４５〜８５／１５の範囲が適当であり
、より好ましい範囲は、（Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜
７５／２５である。

【００１０】（Ｂ）成分の繊維としては、その素材であ
る熱可塑性樹脂の歪エネルギー開放係数ＧＩＣが１５０
０Ｊ／ｍ２　以上でなければならない。ＧＩＣが１５０
０Ｊ／ｍ２　未満であると複合材料としたときの耐衝撃
性の向上が十分でないため好ましくない。ＧＩＣの評価
は、繊維素材である熱可塑性樹脂の成形板を用い、ＡＳ
ＴＭ　　Ｅ３９９（タイプＡ４）に定められたコンパク
トテンション法、または、ダブルトーション法により行
う。

【００１１】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このましい
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以下が特に
好ましい。繊維状熱可塑性樹脂の比率としては（Ｃ）の
エポキシ系マトリックス樹脂１００重量部に対し０．５
〜２０重量部が好ましい。０．５重量部以下では十分な
靱性改良効果が得られない。逆に２０重量部以上の繊維
状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
溶剤性等の特性が大幅に低下するケースもあり好ましく
ない。

【００１２】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
改良効果が得られない。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。

【００１３】引き揃え方向は特に制限がなく補強用繊維
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
方向に引き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なら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に関しては特
に制限がなく、繊維状熱可塑性樹脂をあらかじめ引き揃
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
塑性樹脂を引き揃えて一体化する方法等、種々の方法で
製造出来る。

【００１４】

【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賦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。更には
、本発明のプリプレグは、十分なタックレベル、ドレー
プ性、含浸性を有し、取扱い性に優れているため、オー
トレイアップ装置での積層に十分対応し、産業用の利用
性の極めて高いものである。

【００１５】

【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、２ 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、ＭＲ６０Ｐ、引張強度５６００ＭＰａ、弾性
率３１０ＧＰａ、伸度１．９％）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１９０ｇ／ｍ２　、樹脂含有率は３４ｗｔ％であった
。 このプリプレグにポリアミドイミド（アモコ社製トーロ
ン４０００Ｔ）のマルチフィラメント（９０ｄ／３６ｆ
ｉｌ、弾性率約２ＧＰａ）をフィラメントワインディン
グ法でプリプレグ両面に３ｍｍピッチでワインドし本発
明のプリプレグを製造した。このプリプレグから所定の
寸法の小片を切り出し、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℃×２ｈｒ、試験法ＳＡＣＭＡ　　ＳＲＭ２−８
８、２７０ｌｂ−ｉｎ）。また、このポリアミドイミド
をプレス成形し樹脂板としたのち、ＡＳＴＭ　　Ｅ３９
９に基づき、コンパクトテンション法によるＧＩＣ値を
測定したところ２３５０Ｊ／ｍ２　であつた。測定結果
を表１に示す。 比較例１、２ 実施例１、２と同様にして、但しポリアミドイミドのフ
ィラメントをポリスチレン系のフィラメント（９５ｄ　
／３６ｆｉｌ、弾性率約４ＧＰａ）に代えて、実施例１
、２と同様にプリプレグを造り、成形、評価した。また
同様にＧＩＣを評価したところ１３８０Ｊ／ｍ２　であ
った。 結果とあわせて表１に示す。表１から明らかなように、
本発明のプレ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、耐衝撃製に優れることがわ
かる。

【表１】

Claims (4)

【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）ＧＩＣが１５００Ｊ／ｍ２　以上の熱可塑性樹脂
   を素材とする繊維 （Ｃ）熱硬化性樹脂系の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範囲内にありかつ（Ｂ）がそ
   の外表面に存在することを特徴とするプリプレグ。 （Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５（Ｂ）／（Ｃ
   ）＝０．５／１００〜２０／１００
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。