JPH045689B2 - - Google Patents

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JPH045689B2
JPH045689B2 JP26203087A JP26203087A JPH045689B2 JP H045689 B2 JPH045689 B2 JP H045689B2 JP 26203087 A JP26203087 A JP 26203087A JP 26203087 A JP26203087 A JP 26203087A JP H045689 B2 JPH045689 B2 JP H045689B2
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Japan
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prepreg
fine particles
resin
resins
fiber
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JP26203087A
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Japanese (ja)
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JPH01104626A (en
Inventor
Nobuyuki Odagiri
Hajime Kishi
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、先進複合材料として強度、弾性率、
さらにはこれらを比重で除した比強度、比弾性率
の大なることを要求される構造体に用いられるプ
リプレグに関する。さらに詳しくはプリプレグの
粘着性と柔軟性を確保しつつ、強化繊維の方向以
外の強度、すなわち非繊維軸引張強度や衝撃後圧
縮強度に対して顕著に改良のなされた構造体を与
えるプリプレグに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is an advanced composite material with high strength, elastic modulus,
Furthermore, the present invention relates to prepregs used in structures that are required to have high specific strength and specific modulus of elasticity, which are obtained by dividing these by specific gravity. More specifically, the present invention relates to a prepreg that provides a structure with markedly improved strength in directions other than the reinforcing fiber direction, that is, non-fiber axial tensile strength and post-impact compressive strength, while ensuring the adhesiveness and flexibility of the prepreg.

[従来の技術] 繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリツクス
樹脂を必須の構成要素とする不均一材料であり、
このため繊維軸方向の物性とそれ以外の方向の物
性に大きな差が存在する。たとえば、落錘衝撃に
対する抵抗性は層間剥離強度によつて支配される
ため強化繊維の強度を向上させても抜本的な改良
には結びつかないことが知られている。このた
め、繊維軸方向以外の物性を改良することを目的
として、マトリツクス樹脂の靭性を改良すること
の他に、種々の方法による改良が提案されてい
る。
[Prior Art] Fiber-reinforced composite materials are heterogeneous materials that have reinforcing fibers and matrix resin as essential components.
Therefore, there is a large difference between the physical properties in the fiber axis direction and the physical properties in other directions. For example, it is known that improving the strength of reinforcing fibers does not lead to drastic improvements because resistance to falling weight impact is controlled by delamination strength. Therefore, in addition to improving the toughness of the matrix resin, various improvements have been proposed for the purpose of improving physical properties in directions other than the fiber axis direction.

USP3472730号明細書(1969年)では、繊維
強化シートの片面あるいは両面にエラストマー
性物質により改質した熱硬化性樹脂からなる独
立外層フイルム(Separate Exterior Film)
を配することにより耐層間剥離力の改善がなさ
れることが開示されている。
USP 3472730 (1969) describes a separate exterior film consisting of a thermosetting resin modified with an elastomeric substance on one or both sides of a fiber-reinforced sheet.
It has been disclosed that the delamination resistance can be improved by disposing a .

特開昭51−58484号公報(特公昭58−31296号
公報)では、繊維強化エポキシ樹脂プリプレグ
の表面にポリエーテルスルホンフイルムを存在
させることで、成形性および曲げ強度の改善が
なされることが開示されている。
JP-A-51-58484 (JP-A-58-31296) discloses that moldability and bending strength can be improved by the presence of a polyether sulfone film on the surface of a fiber-reinforced epoxy resin prepreg. has been done.

特開昭54−3879号公報、特開昭56−115216号
公報、特開昭60−44334号公報では、繊維強化
シートの層間に短繊維チツプ、チヨツプドスト
ランド、ミルドフアイバーを配し、層間強度の
向上がなされることが開示されている。
In JP-A-54-3879, JP-A-56-115216, and JP-A-60-44334, short fiber chips, chopped strands, and milled fibers are arranged between the layers of a fiber reinforced sheet, It is disclosed that interlaminar strength is improved.

特開昭60−63229号公報では、繊維強化プリ
プレグの層間にエラストマーで改質したエポキ
シ樹脂フイルムを配して層間強度の改善がなさ
れることが開示されている。
JP-A-60-63229 discloses that an epoxy resin film modified with an elastomer is disposed between the layers of fiber-reinforced prepreg to improve the interlayer strength.

USP4539253号明細書(1985年)(対応特開
昭60−231738号公報)では、繊維強化プリプレ
グの層間に軽量繊維を基材とする、不織布、織
布、マツト、キヤリアーにエラストマーで改質
したエポキシ樹脂を含浸させたフイルムを配し
て層間強度の改善がなされることが開示されて
いる。
USP 4539253 (1985) (corresponding to Japanese Patent Application Laid-open No. 60-231738) discloses that non-woven fabrics, woven fabrics, mats, and carriers made of epoxy modified with elastomers are made of lightweight fibers as a base material between layers of fiber-reinforced prepreg. It is disclosed that interlaminar strength can be improved by disposing a resin-impregnated film.

USP4604319号明細書(1986年)(対応特開
昭号公報60−231738)では、繊維強化プリプレ
グの層間に熱可塑性樹脂フイルムを配して層間
強度の改善がなされることが開示されている。
USP 4604319 (1986) (corresponding to Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-231738) discloses that interlaminar strength can be improved by disposing a thermoplastic resin film between the layers of fiber-reinforced prepreg.

しかし、これらの手法は、その効果が不十分で
あるばかりでなく、それぞれに欠点を有してい
る。エラストマー改質熱硬化性樹脂を含む独立外
層フイルムを用いた場合には、エラストマーの含
量が多くなると耐熱性が低下し、エラストマーの
含量が少ないと層間強度の改善効果は非常に少な
い。
However, these methods are not only insufficiently effective, but also have their own drawbacks. When using an independent outer layer film containing an elastomer-modified thermosetting resin, the heat resistance decreases as the elastomer content increases, and the effect of improving interlaminar strength is very small when the elastomer content is low.

また、熱可塑性樹脂フイルムを用いた場合には
耐熱性の良好な熱可塑性樹脂フイルムを用いるこ
とにより耐熱性と層間強度の改善効果の両立がな
されるが熱硬化性樹脂の利点であるタツク性(粘
着性)やドレーブ性が失われる。また、耐溶剤性
が良くないという熱可塑性樹脂の一般的欠点が複
合材料に反映してしまう。
In addition, when a thermoplastic resin film is used, it is possible to achieve both heat resistance and interlaminar strength improvement effects by using a thermoplastic resin film with good heat resistance. adhesiveness) and drape properties are lost. Moreover, the general drawback of thermoplastic resins, such as poor solvent resistance, is reflected in the composite material.

また、短繊維チヨツプ、チヨツプドストランド
ミルドフアイバーを用いることは、層間を厚くす
るため、コンポジツト全体としての強度低下を招
く。
Furthermore, the use of chopped short fibers or chopped strand milled fibers increases the thickness of the interlayers, resulting in a decrease in the strength of the composite as a whole.

[発明が解決しようとする問題点] そこで、本発明者らは上記欠点のない、優れた
耐衝撃性を与えるプリプレグについて鋭意研究を
行つた結果、構成要素[C]に歪エネルギー開放
係数(C1C)の大きな樹脂からなる微粒子を使用
し、かつ微粒子の分布状態を制御する事により予
想をはるかに上回る優れた耐衝撃性を与えるプリ
プレグを得る事ができ、本発明に致つたのであ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the present inventors conducted intensive research on prepregs that do not have the above-mentioned drawbacks and provide excellent impact resistance. By using fine particles made of a resin with a large size (1C ) and controlling the distribution of the fine particles, we were able to obtain a prepreg that has excellent impact resistance that far exceeds expectations, leading to the present invention.

[問題点を解決するための手段] 本願発明は前記特許請求の範囲の欄に記載のと
うりの、次の構成要素[A],[B],[C]を必須
とし、構成要素[C]の90%以上の量がプリプレ
グの表面からプリプレグの厚さの30%の深さの範
囲内に局在化するプリプレグ [A]:長繊維からなる強化繊維 [B]:マトリツクス樹脂 [C]:G1Cが1500J/m2以上の樹脂を素材とする
微粒子 (長繊維からなる強化繊維の説明) 本発明の構成要素[A]は長繊維からなる強化
繊維である。本発明に用いる強化繊維は、一般に
高性能強化繊維として用いられる耐熱性および引
張強度の良好な繊維である。たとえば、その強化
繊維には、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、
炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維があ
げらる。このうち比強度、比弾性率が良好で軽量
化に大きな寄与が認められる炭素素繊維や黒鉛繊
維が本発明には最も良好である。炭素繊維や黒鉛
繊維は用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維や黒
鉛繊維を用いることが可能であるが、引張強度
450Kgf/mm2、引張伸度1.6%以上の高強度高伸度
炭素繊維が最も適している。また、本発明には長
繊維状の強化繊維を用いるが、その長さは5cm以
上であることが好ましい。それより短い場合、強
化繊維の強度を複合材料として十分に発現させる
ことが困難となる。また、炭素繊維や黒鉛繊維は
他の強化繊維を混合して用いてもかまわない。ま
た、強化繊維はその形状や配列を限定されず、た
とえば、単一方向、ランダム方向、シート状、マ
ツト状、織物状、組み紐状であつても使用可能で
ある。また、特に、比強度、比弾性率が高いこと
を要求される用途には強化繊維が単一方向に引き
揃えられた配列が最も適しているが、取り扱いの
容易なクロス(織物)状の配列も本発明には適し
ている。
[Means for Solving the Problems] The present invention requires the following components [A], [B], and [C] as described in the claims column, and the component [C] Prepreg in which 90% or more of the amount is localized within a depth range of 30% of the thickness of the prepreg from the surface of the prepreg [A]: Reinforced fiber consisting of long fibers [B]: Matrix resin [C] : Fine particles made of a resin having a G 1C of 1500 J/m 2 or more (Description of reinforcing fibers made of long fibers) Component [A] of the present invention is a reinforcing fiber made of long fibers. The reinforcing fibers used in the present invention are generally used as high-performance reinforcing fibers and have good heat resistance and tensile strength. For example, the reinforcing fibers include carbon fiber, graphite fiber, aramid fiber,
Examples include silicon carbide fiber, alumina fiber, and boron fiber. Among these, carbon fibers and graphite fibers are most suitable for the present invention because they have good specific strength and specific modulus and are recognized to greatly contribute to weight reduction. All kinds of carbon fibers and graphite fibers can be used depending on the purpose, but tensile strength
High strength and high elongation carbon fiber with a tensile elongation of 450 Kgf/mm 2 and 1.6% or more is most suitable. Further, although long reinforcing fibers are used in the present invention, the length thereof is preferably 5 cm or more. If it is shorter than that, it becomes difficult to fully develop the strength of the reinforcing fibers as a composite material. Further, carbon fibers and graphite fibers may be used in combination with other reinforcing fibers. Furthermore, the reinforcing fibers are not limited in their shape or arrangement, and can be used in, for example, unidirectional, random directional, sheet-like, mat-like, woven-like, or braid-like forms. In particular, for applications that require high specific strength and specific modulus, an arrangement in which the reinforcing fibers are aligned in a single direction is most suitable, but a cross (woven) arrangement is easier to handle. are also suitable for the present invention.

(マトリツクス樹脂の説明) 本発明の構成要素[B]はマトリツクス樹脂で
ある。
(Description of matrix resin) Component [B] of the present invention is a matrix resin.

本発明に用いるマトリツクス樹脂には熱硬化性
樹脂および熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を混合し
た樹脂が挙げられる。
The matrix resin used in the present invention includes thermosetting resins and resins obtained by mixing thermosetting resins and thermoplastic resins.

本発明に用いる熱硬化性樹脂は、熱または光や
電子線などの外部からのエネルギーにより硬化し
て、少なくとも部分的に三次元硬化物を形成する
樹脂であれば特に限定されない。好ましい熱硬化
性樹脂としては、エポキシ樹脂があげられ、一般
に硬化剤や硬化触媒と組合せて用いられる。本発
明に適したエポキシ樹脂としては特に、アミン
類、フエノール類、炭素炭素二重結合を有する化
合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。
The thermosetting resin used in the present invention is not particularly limited as long as it is a resin that can be cured by heat or external energy such as light or an electron beam to at least partially form a three-dimensional cured product. Preferred thermosetting resins include epoxy resins, which are generally used in combination with curing agents and curing catalysts. As epoxy resins suitable for the present invention, epoxy resins whose precursors are amines, phenols, and compounds having carbon-carbon double bonds are particularly preferred.

また、これらのエポキシ樹脂は単独で用いても
よいし、適宜配合して用いてもよい。
Further, these epoxy resins may be used alone or in an appropriate combination.

エポキシ樹脂はエポキシ硬化剤と組合せて、好
ましく用いられる。エポキシ硬化剤はエポキシ基
と反応しうる活性基を有する化合物であればこれ
を用いることができる。好ましくは、アミノ基、
酸無水物基、アジド基を有する化合物が適してい
る。
Epoxy resins are preferably used in combination with epoxy curing agents. Any compound having an active group capable of reacting with an epoxy group can be used as the epoxy curing agent. Preferably, an amino group,
Compounds having an acid anhydride group or an azide group are suitable.

本発明においては、マトリツクス樹脂としてさ
らに、マレイミド樹脂、アセチレン末端を有する
樹脂、ナジツク酸末端を有する樹脂、シアン酸エ
ステル末端を有する樹脂、ビニル末端を有する樹
脂、アリル末端を有する樹脂が好ましく用いられ
る。これらは、適宜、エポキシ樹脂や、他の樹脂
と混合しても良い。また、反応性希釈剤を用いた
り、熱可塑性樹脂やエラストマーなどの改質剤を
混合して用いてもかまわない。
In the present invention, maleimide resins, resins with acetylene ends, resins with nadic acid ends, resins with cyanate ester ends, resins with vinyl ends, and resins with allyl ends are preferably used as the matrix resin in the present invention. These may be mixed with epoxy resin or other resins as appropriate. Further, a reactive diluent may be used, or a modifier such as a thermoplastic resin or an elastomer may be mixed and used.

マレイミド樹脂は、末端にマレイミド基を平均
2個以上含む化合物である。シアン酸エステル末
端を有する樹脂は、ビスフエノールAに代表され
る多価フエノールのシアン酸エステル化合物が好
適である。シアン酸エステル樹脂は、にビスマレ
イミド樹脂と組合わせることによりプリプレグに
適した樹脂とすることができ、三菱ガス化学(株)製
BTレジンが市販されており本発明に適してい
る。これらは一般にエポキシ樹脂より、耐熱性と
耐水性が良好である半面、靭性や耐衝撃性が劣る
ため用途に応じて選択して用いられる。本発明に
おいてエポキシ樹脂の代わりにこれらの他の熱硬
化性樹脂を用いても、本発明の効果は同様であ
る。また、ビニル末端を有する樹脂およびアリル
末端を有する樹脂は、市販の汎用樹脂が用いられ
るが耐熱性が前者の樹脂群より劣るので、主とし
て希釈剤として用いられる。
A maleimide resin is a compound containing an average of two or more maleimide groups at its terminal ends. As the resin having a cyanate ester terminal, a cyanate ester compound of a polyhydric phenol typified by bisphenol A is suitable. Cyanate ester resin can be made into a resin suitable for prepreg by combining it with bismaleimide resin, and is manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.
BT resin is commercially available and suitable for the present invention. These generally have better heat resistance and water resistance than epoxy resins, but are inferior in toughness and impact resistance, so they are selected and used depending on the application. Even if these other thermosetting resins are used in place of the epoxy resin in the present invention, the effects of the present invention are the same. Furthermore, commercially available general-purpose resins are used as the vinyl-terminated resin and the allyl-terminated resin, but their heat resistance is inferior to the former group of resins, so they are mainly used as diluents.

本発明に、マトリツクス樹脂として、上記の熱
硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して用いること
も好適である。本発明に好適な熱可塑性樹脂は、
主鎖に炭素炭素結合、アミド結合、イミド結合、
エステル結合、エーテル結合、カーボネート結
合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結
合、スルホン結合、イミダゾール結合、カルボニ
ル結合から選ばれる結合を有する熱可塑性樹脂で
ある。
In the present invention, it is also suitable to use a mixture of the above-mentioned thermosetting resin and a thermoplastic resin as the matrix resin. Thermoplastic resins suitable for the present invention are:
Carbon-carbon bonds, amide bonds, imide bonds in the main chain,
It is a thermoplastic resin having bonds selected from ester bonds, ether bonds, carbonate bonds, urethane bonds, urea bonds, thioether bonds, sulfone bonds, imidazole bonds, and carbonyl bonds.

これらの熱可塑性樹脂は、市販のポリマーを用
いても良く、また、市販のポリマーより分子量の
低い、いわゆるオリゴマーを用いても良い。オリ
ゴマーとしては、熱硬化性樹脂と反応しうる官能
基を末端または分子鎖中に有するオリゴマーがさ
らに好ましい。
As these thermoplastic resins, commercially available polymers may be used, or so-called oligomers having a lower molecular weight than commercially available polymers may be used. As the oligomer, an oligomer having a functional group capable of reacting with the thermosetting resin at the terminal or in the molecular chain is more preferable.

熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物は、それ
らを単独で用いた場合より良好な結果を与える。
これは、熱硬化性樹脂が一般に脆い欠点を有しな
がらオートクレーブによる低圧成型が可能である
のに対して、熱可塑性樹脂が一般に強靭である利
点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が
困難であるという二律背反した特性を示すため、
これらを混合して用いることで物性と成形性のバ
ランスをとることができるためである。
Mixtures of thermosets and thermoplastics give better results than when they are used alone.
This is because thermosetting resins generally have the disadvantage of being brittle but can be molded at low pressure in an autoclave, while thermoplastic resins have the advantage of being tough but are difficult to mold at low pressure in an autoclave. In order to exhibit contradictory characteristics,
This is because by mixing and using these, it is possible to balance physical properties and moldability.

また、エポキシ樹脂に微粉末状シリカなどの無
機質微粒子やエラストマーなどを少量混合するこ
とも可能である。
It is also possible to mix a small amount of inorganic fine particles such as finely powdered silica or an elastomer with the epoxy resin.

(微粒子の説明) 従来、繊維強化複合材料の耐衝撃性を向上させ
るためには、マトリツクス樹脂の歪エネルギー開
放率(G1C値)を高くすることが必要であると考
えられてきた。しかしながら、これを実現するた
めにはマトリツクス樹脂の具備すべき弾性率、破
断伸度、耐熱性、耐水性、接着性、粘着性、室温
での樹脂の柔軟性、溶融流動性などの緒特性をか
なり損うため、両者を同時に満足することには限
界があつた。ところが、本発明によれば、意外に
も、一定レベル以上のG1Cを有する樹脂を微粒子
状態で層間に局在化させるだけで複合材料として
の耐衝撃性を著しく向上させ得ることを見出した
のである。微粒子であれば、マトリツクス樹脂中
に分散した状態で存在するため、マトリツクス樹
脂のもつタツク性、ドレープ性がプリプレグ特性
として反映され、取り扱い性に優れたプリプレグ
となる。すなわち、本発明によるプリプレグは複
合材料としたときの耐衝撃性と従来のマトリツク
ス樹脂に要求される特性とを同時に満足するので
ある。
(Explanation of fine particles) Conventionally, it has been thought that in order to improve the impact resistance of fiber reinforced composite materials, it is necessary to increase the strain energy release rate (G 1C value) of the matrix resin. However, in order to achieve this, the matrix resin must have certain characteristics such as modulus of elasticity, elongation at break, heat resistance, water resistance, adhesion, tackiness, flexibility of the resin at room temperature, and melt flowability. There was a limit to satisfying both at the same time, as this would result in significant losses. However, according to the present invention, it has surprisingly been found that the impact resistance of a composite material can be significantly improved simply by localizing a resin having a G 1C above a certain level between layers in the form of fine particles. be. Since fine particles exist in a dispersed state in the matrix resin, the tackiness and drape properties of the matrix resin are reflected in the prepreg properties, resulting in a prepreg with excellent handling properties. That is, the prepreg according to the present invention simultaneously satisfies the impact resistance required for a composite material and the properties required of conventional matrix resins.

しかも微粒子にはマトリツクス樹脂として具備
すべき粘着性やドレープ性が要求されないため、
微粒子として選択できる素材は広範に及ぶ。
Moreover, since fine particles do not require the adhesion and drape properties that matrix resins should have,
There is a wide range of materials that can be selected as particulates.

このため従来、性能が優れているにもかかわら
らずマトリツクス樹脂として使用することが困難
であつた樹脂でも微粒子化して用いることにより
マトリツクス樹脂を構成する成分として使用し、
マトリツクス樹脂の性能を改良することができる
のである。
For this reason, even resins that have conventionally been difficult to use as matrix resins despite their excellent performance can be used as components of matrix resins by being made into fine particles and used.
The performance of the matrix resin can be improved.

微粒子の素材 微粒子はG1C値が1500J/m2以上の樹脂を素材
とするものであれば、どんなものであつてもよ
い。G1C値が3000J/m2以上であればさらに好ま
しい。G1C値が1500J/m2未満の場合は複合材料
としたときの耐衝撃性が十分に上がらないため好
ましくない。
Material of the fine particles The fine particles may be of any material as long as they are made of a resin having a G 1C value of 1500 J/m 2 or more. It is more preferable that the G 1C value is 3000 J/m 2 or more. If the G 1C value is less than 1500 J/m 2 , it is not preferable because the impact resistance when made into a composite material will not be sufficiently increased.

G1C値の評価は微粒子素材を成形した樹脂板を
用い、ASTM E399(タイプA4)に定められたコ
ンパクトテンシヨン法またはダブルトーシヨン法
により行う。
The G 1C value is evaluated using a resin plate molded from particulate material using the compact tension method or double torsion method specified in ASTM E399 (Type A4).

微粒子の分布 微粒子の分布については、プリプレグの表面層
すなわち、成形して複合材料になつた場合のプリ
プレグシートとプリプレグシートとの間に偏つて
存在することが耐衝撃性の優れた複合材料を与え
るために重要である。
Distribution of fine particles Regarding the distribution of fine particles, the presence of uneven particles in the surface layer of the prepreg, that is, between the prepreg sheets when molded into a composite material, gives a composite material with excellent impact resistance. It is important for

通常の微粒子の添加ではマトリツクス樹脂に対
する微粒子の含有率の分だけの改質効果のみが期
待されるにすぎないが、プリプレグの表面層に偏
つて存在する場合は前述の加成性に基づく予想を
はるかに越え、特に耐衝撃性の向上に関しては、
全く予期し得ないほどの著しい効果が見出された
のである。これを満たす条件は、微粒子の90%以
上が、プリプレグの表面からプリプレグの厚さの
30%の深さの範囲内に局在化するということであ
る。この条件をはずれて、プリプレグ内部深くに
微粒子が入つた場合、複合材料の耐衝撃性は条件
にあつたものと比べて劣る。
With the addition of normal fine particles, only the modification effect corresponding to the content of fine particles in the matrix resin can be expected, but if they are concentrated in the surface layer of the prepreg, the prediction based on the additivity described above cannot be expected. Far beyond, especially when it comes to improving impact resistance,
A completely unexpected and remarkable effect was discovered. The condition that satisfies this is that 90% or more of the fine particles are from the surface of the prepreg to the thickness of the prepreg.
This means that it is localized within a 30% depth range. If this condition is exceeded and fine particles enter deep inside the prepreg, the impact resistance of the composite material will be inferior to that of a composite material that meets these conditions.

微粒子の90%以上が、プリプレグの表面からプ
リプレグの厚さの10%の深さの範囲内に局在化す
る場合は、より顕著な効果が現れるのでさらに好
ましいといえる。
It is more preferable if 90% or more of the fine particles are localized within a depth range of 10% of the thickness of the prepreg from the surface of the prepreg, since a more significant effect appears.

なお、本発明によるプリプレグは、プリプレグ
の両面において微粒子が偏つて分布したものが、
プリプレグの表裏にかかわりなく、自由に積層す
ることが可能であるため、最適である。しかし、
プリプレグの片面のみに微粒子が同様の分布をし
たプリプレグでも、プリプレグどおしを積層する
時に微粒子が必ずプリプレグ間にくるように注意
を払つて使用すれば同様の効果が得られるため、
プリプレグの片面のみに微粒子が偏つた分布も本
発明には含まれる。
Note that the prepreg according to the present invention has fine particles unevenly distributed on both sides of the prepreg.
It is optimal because it can be laminated freely regardless of the front and back sides of the prepreg. but,
Even if the prepreg has a similar distribution of fine particles on only one side of the prepreg, the same effect can be obtained if care is taken to ensure that the fine particles are between the prepregs when stacking the prepregs.
The present invention also includes a distribution in which fine particles are biased only on one side of the prepreg.

微粒子の分布の評価方法 プリプレグ中の微粒子の分布状態の評価は、次
のようにして行う。
Method for evaluating the distribution of fine particles The distribution state of fine particles in the prepreg is evaluated as follows.

まず、プリプレグを二枚の平滑な支持板の間に
はさんで密着させ、長時間かけて徐々に温度を上
げて硬化させせる。この時に重要なのは可能なか
ぎり低温でゲル化させることである。ゲル化しな
いうちに温度を上げるとプリプレグ中の樹脂が流
動し、微粒子が移動するため、プリプレグ中にお
ける正確な分布状態の評価ができない。
First, the prepreg is sandwiched between two smooth support plates and brought into close contact with each other, and the temperature is gradually raised over a long period of time to harden the prepreg. What is important at this time is to gel at the lowest possible temperature. If the temperature is raised before gelation occurs, the resin in the prepreg will flow and the fine particles will move, making it impossible to accurately evaluate the distribution state in the prepreg.

ゲル化した後、さらに時間をかけて徐々に温度
をかけてプリプレグを硬化させる。この、硬化し
たプリプレグを用いてその断面を200倍以上に拡
大して、200mm×200mm以上の写真を撮る。
After gelation, the prepreg is cured by gradually increasing the temperature over an additional period of time. Using this cured prepreg, the cross section is enlarged 200 times or more and a photograph of 200 mm x 200 mm or more is taken.

この断面写真を用い、まず平均的なプリプレグ
の厚みを求める。層の平均厚みは写真上で、任意
に選んだ少なくとも5箇所で測り、その平均をと
る。次に、両方の支持板に接していた面からプリ
プレグの厚みの30%の位置にプリプレグの面方向
と平行に線をひく。支持板に接していた面と30%
の平行線の間に存在する微粒子の面積をプリプレ
グの両面について定量し、これと、プリプレグの
全幅に渡つて存在する微粒子の面積を定量し、そ
の比をとることによりプリプレグの表面からプリ
プレグの厚さの30%以内に存在する微粒子の量が
算出される。微粒子の面積の定量は断面写真から
所定の領域に存在する微粒子部分を全て切り取
り、その重量を秤ることにより行う。微粒子の部
分的な分布のばらつきの影響を排除するため、こ
の評価は得られた写真の幅全域に渡つて行い、か
つ、任意に選んだ5箇所以上の写真について同様
の評価を行い、その平均をとる必要がある。
Using this cross-sectional photograph, first determine the average thickness of the prepreg. The average thickness of the layer is measured at at least 5 arbitrarily selected points on the photograph, and the average thickness is taken. Next, draw a line parallel to the surface direction of the prepreg at a position 30% of the thickness of the prepreg from the surface that was in contact with both support plates. 30% of the surface that was in contact with the support plate
Quantify the area of fine particles existing between parallel lines on both sides of the prepreg, quantify this and the area of fine particles existing over the entire width of the prepreg, and calculate the ratio from the surface of the prepreg to the thickness of the prepreg. The amount of fine particles present within 30% of the area is calculated. The area of the microparticles is determined by cutting out all the microparticles present in a predetermined area from a cross-sectional photograph and weighing them. In order to eliminate the influence of variations in the local distribution of fine particles, this evaluation was performed over the entire width of the obtained photograph, and the same evaluation was performed on five or more randomly selected photographs, and the average It is necessary to take

微粒子とマトリツクス樹脂との見分けがつきに
くい時は、一方を選択的に染色して観察する。顕
微鏡は光学顕微鏡でも観察可能であるが、染色剤
によつては走査型電子顕微鏡のほうが観察に適し
ている場合もある。
If it is difficult to distinguish between fine particles and matrix resin, selectively stain one of them and observe. Although it is possible to observe using an optical microscope, depending on the stain, a scanning electron microscope may be more suitable for observation.

微粒子の形状 微粒子は、いかなる形状であつてもよい。もち
ろん球状であつたもよいが、樹脂塊を粉砕した微
粉体や、スプレードライ法、再沈殿法で得られる
微粒子のごとく形状さまざまの状態で一向に差し
支えない。その他、繊維を短く切断したミルドフ
アイバー状でも、また針状、ウイスカー状でも差
し支えない。
Shape of Fine Particles Fine particles may have any shape. Of course, it may be spherical, but it may be in various shapes, such as fine powder obtained by crushing a resin lump, or fine particles obtained by spray drying or reprecipitation. In addition, it may be in the form of milled fibers obtained by cutting the fibers into short lengths, or in the form of needles or whiskers.

微粒子の大きさ 微粒子の大きさは粒径で表現されるが、この場
合の粒径とは遠心沈降速度法などで求められる体
積平均粒径を意味する。
Size of fine particles The size of fine particles is expressed by particle size, and particle size in this case means the volume average particle size determined by centrifugal sedimentation velocity method or the like.

微粒子の大きさは、複合材料となつた時、強化
繊維の配列を著しく乱すほど大きくなければよ
い。粒径が150μmをこえる場合は強化繊維の配列
を乱したり、積層して得られる複合材料の層間を
必要以上に厚くするため複合材料としたときの物
性を低下させる欠点がある。
The size of the fine particles need not be so large as to significantly disturb the alignment of reinforcing fibers when formed into a composite material. If the particle size exceeds 150 μm, the arrangement of reinforcing fibers may be disturbed or the interlayers of the composite material obtained by lamination may become thicker than necessary, resulting in a disadvantage of deteriorating the physical properties of the composite material.

微粒子の量 微粒子の量としてはマトリツクス樹脂100重量
部に対して1重量部〜100重量部の範囲が適して
いる。1重量部未満では微粒子の効果がほとんど
現れず、また100重量部をこえるとマトリツクス
樹脂との混合が困難になるうえ、プリプレグのタ
ツク性、ドレープ性が大幅に低下してしまう。
Amount of fine particles A suitable amount of fine particles is in the range of 1 part by weight to 100 parts by weight per 100 parts by weight of matrix resin. If the amount is less than 1 part by weight, the effect of the fine particles will hardly be apparent, and if it exceeds 100 parts by weight, it will be difficult to mix with the matrix resin, and the tackiness and drapability of the prepreg will be significantly reduced.

特にマトリツクス樹脂の剛性を複合材料の圧縮
強度の発現に活かしたまま、破断伸度に高い柔軟
な特性を有する微粒子で複合材料の層間を高靭化
するような目的で使用する場合は、むしろ1重量
部〜30重量部の少ない範囲のほうが好適である。
In particular, if the rigidity of the matrix resin is utilized to develop the compressive strength of the composite material while using fine particles that have a high flexibility at break elongation for the purpose of increasing the toughness between the layers of the composite material, it is preferable to A smaller range of 30 parts by weight is more suitable.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

[実施例] 以下の構成よりなる一方向プリプレグを製造し
た。プリプレグの製造は、まずあらかじめ下記の
AとBからなる樹脂の重量分率21%のプリプレグ
を作成し、この両面にCとBのブレンド樹脂を離
型紙上に薄く塗布した樹脂フイルムを貼りつける
ことにより行なつた。なお下記のCの重量部は上
記の二段階の工程を経て最終的に得られたプリプ
レグ樹脂中に含まれる微粒子の量である。
[Example] A unidirectional prepreg having the following configuration was manufactured. To manufacture prepreg, first prepare a prepreg with a weight fraction of 21% of the following resins A and B, and then paste a resin film on both sides of the prepreg with a thin layer of release paper coated with a blended resin of C and B. This was done by Note that the part by weight C below is the amount of fine particles contained in the prepreg resin finally obtained through the above two-step process.

A 強化繊維−炭素繊維T800(東レ(株)製) B マトリツクス樹脂−以下の組成を有する樹脂
組成物 1 フエノールノボラツク型エポキシ樹脂(油
化シエルエポキシ(株)製、エピコート154)
……60重量部 2 ビスフエノールA型エポキシ樹脂(油化シ
エルエポキシ(株)製、エピコート828)
……40重量部 3 4,4′ジアミノジフエニルスルホン(住友
化学工業(株)製、スミキユアS)
……33.9重量部) 4 ポリエーテルスルホン5200G(三井東圧(株)
製) ……10重量部 C 微粒子−ポリアミドイミド(アモコ社製トー
ロン4000T)を凍結粉砕して得た平均粒径15μ
の微粒子 ……15重量部 得られたプリプレグ中の樹脂の重量分率は30%
であつた。単位面積あたりの樹脂量は69g/m2
単位面積あたりの炭素繊維量は149g/m2であつ
た。
A Reinforcing fiber - carbon fiber T800 (manufactured by Toray Industries, Inc.) B Matrix resin - a resin composition having the following composition 1 Phenol novolac type epoxy resin (manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., Epicoat 154)
...60 parts by weight 2 Bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Yuka Ciel Epoxy Co., Ltd., Epicoat 828)
...40 parts by weight 3 4,4'diaminodiphenylsulfone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Sumikiure S)
...33.9 parts by weight) 4 Polyether sulfone 5200G (Mitsui Toatsu Co., Ltd.)
) ...10 parts by weight C Fine particles - Average particle size 15μ obtained by freeze-pulverizing polyamideimide (Torlon 4000T manufactured by Amoco)
Fine particles...15 parts by weight The weight fraction of resin in the obtained prepreg is 30%
It was hot. The amount of resin per unit area is 69g/ m2 ,
The amount of carbon fiber per unit area was 149 g/m 2 .

ポリアミドイミドをプレス成形し樹脂板とした
のち、ASTM E399に基づき、コンパクトテンシ
ヨン法によるG1C値を測定したところ。2350J/
m2であつた。
After press-molding polyamide-imide into a resin plate, the G 1C value was measured using the compact tension method based on ASTM E399. 2350J/
It was m2 .

このプリプレグを2枚の平滑なテフロン板の間
にはさみ、7日間かけて徐々に150℃まで上げて
硬化させ、その断面を観察した。プリプレグ表面
からプリプレグの厚みの30%までの範囲に存在す
る微粒子の量を評価したところその値は96%であ
り、微粒子は十分に層間領域に局在化していた。
断面観察は、微粒子を四酸化オスミウムで選択的
に染色し、走査型電子顕微鏡で行つた。
This prepreg was sandwiched between two smooth Teflon plates, and the temperature was gradually raised to 150°C for 7 days to cure it, and its cross section was observed. When the amount of fine particles present in the range from the prepreg surface to 30% of the thickness of the prepreg was evaluated, the value was 96%, indicating that the fine particles were sufficiently localized in the interlayer region.
Cross-sectional observation was performed by selectively staining the microparticles with osmium tetroxide and using a scanning electron microscope.

つぎに、このプリプレグを32枚疑似等方的に積
層し、通常のオートクレーブによる成形を180℃
で2時間、6Kgf/cm2の圧力下で行つた。成形
後、断面を光学顕微鏡で観察すると、微粒子は積
層板の層間部分に集中的に存在していることが確
認できた。
Next, 32 sheets of this prepreg were laminated in a quasi-isotropic manner and molded using a normal autoclave at 180°C.
The test was carried out for 2 hours under a pressure of 6 kgf/cm 2 . When the cross section was observed under an optical microscope after molding, it was confirmed that the fine particles were concentrated in the interlayer portions of the laminate.

疑似等方硬化板を縦150mm、横100mmに切削し
て、中心に1500インチ・ポンド/インチの落錘衝
撃を与えたのち、超音波探傷機により損傷面積を
測定したところ2.2平方インチであつた。ついで、
ASTM D−695に従い衝撃後の圧縮強度を測定
すると30.2Kg/mm2であつた。
After cutting a quasi-isotropically hardened board to 150 mm long and 100 mm wide, and applying a falling weight impact of 1500 inch pounds/inch to the center, the damage area was measured using an ultrasonic flaw detector and was found to be 2.2 square inches. . Then,
The compressive strength after impact was measured according to ASTM D-695 and was 30.2 Kg/mm 2 .

[比較例] 微粒子として、ポリアミドイミドの粉砕品の代
りに、フエノール樹脂微粒子であるベルパールR
−800(平均粒径20μ、鐘紡(株)製)を用いた他は実
施例と同様の手順を繰り返した。
[Comparative Example] As the fine particles, Bell Pearl R, which is a phenolic resin fine particle, was used instead of a crushed product of polyamideimide.
The same procedure as in Example was repeated except that -800 (average particle size 20 μm, manufactured by Kanebo Co., Ltd.) was used.

ベルパールR−800をプレス成形し樹脂板とし
たのち、ASTM E399に基づき、コンパクトテン
シヨン法によるG1C値を測定したところ920J/m2
という低い値であつた。
After press-molding Bell Pearl R-800 into a resin plate, the G 1C value was measured using the compact tension method based on ASTM E399, and it was 920 J/m 2
This was a low value.

プリプレグ表面からプリプレグの厚みの30%ま
での範囲に存在する微粒子の量を評価したところ
その値は95%であり、微粒子は十分に層間領域に
局在化していた。成形品に1500インチ・ポンド/
インチの落錘衝撃を与えたのち、超音波探傷機に
より損傷面積を測定したところ4.1平方インチで
あつた。ついで、ASTM D−695に従い衝撃後
の圧縮強度を測定したところ23.3Kg/mm2であり実
施例と比較して大幅に劣つていた。
When the amount of fine particles present in the range from the prepreg surface to 30% of the thickness of the prepreg was evaluated, the value was 95%, indicating that the fine particles were sufficiently localized in the interlayer region. 1500 inch pounds per molded part
After applying a falling weight impact of 1 inch, the damage area was measured using an ultrasonic flaw detector and was found to be 4.1 square inches. Then, the compressive strength after impact was measured according to ASTM D-695, and it was found to be 23.3 Kg/mm 2 , which was significantly inferior to that of the examples.

[発明の効果] 本発明によるプリプレグは、プリプレグとして
のタツク性、ドレープ性を確保しつつ、コンポジ
ツトとしたときに高い耐衝撃性および非繊維軸引
張強度を得ることができる。
[Effects of the Invention] The prepreg according to the present invention can obtain high impact resistance and non-fiber axis tensile strength when made into a composite while ensuring the tackiness and drapability as a prepreg.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 次の構成要素[A],[B],[C]を必須と
し、構成要素[C]の90%以上の量がプリプレグ
の表面からプリプレグの厚さの30%の深さの範囲
内に局在化するプリプレグ [A]:長繊維からなる強化繊維 [B]:マトリツクス樹脂 [C]:G1Cが1500J/m2以上の樹脂を素材とする
微粒子。
[Claims] 1. The following components [A], [B], and [C] are essential, and 90% or more of component [C] is distributed from the surface of the prepreg to 30% of the thickness of the prepreg. Prepreg localized within a depth range [A]: Reinforcing fiber made of long fibers [B]: Matrix resin [C]: Fine particles made of resin with a G 1C of 1500 J/m 2 or more.
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