JPH0542536A - プリプレグ及び成形物 - Google Patents
プリプレグ及び成形物Info
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- JPH0542536A JPH0542536A JP41915990A JP41915990A JPH0542536A JP H0542536 A JPH0542536 A JP H0542536A JP 41915990 A JP41915990 A JP 41915990A JP 41915990 A JP41915990 A JP 41915990A JP H0542536 A JPH0542536 A JP H0542536A
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Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度炭素繊維等を強化材とした場合に、マ
トリックス樹脂の優れた機械的特性及び熱的特性を損ね
ることなく、靭性（タフネス）が付与された成形物を与
えるためのプリプレグ及び該成形物を提供すること。 【構成】 強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維とからな
る基材に、該熱可塑性樹脂長繊維の融点より低い温度で
硬化する熱硬化性樹脂組成物を含浸してなるプリプレグ
及びこのプリプレグを成形してなる成形物。 【効果】 優れた機械的特性及び熱的特性と靭性、耐衝
撃性が兼備され、しかも発生したクラックを伝播させに
くい特性を有するプリプレグ及び成形物を容易に製造す
ることができる。
トリックス樹脂の優れた機械的特性及び熱的特性を損ね
ることなく、靭性（タフネス）が付与された成形物を与
えるためのプリプレグ及び該成形物を提供すること。 【構成】 強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維とからな
る基材に、該熱可塑性樹脂長繊維の融点より低い温度で
硬化する熱硬化性樹脂組成物を含浸してなるプリプレグ
及びこのプリプレグを成形してなる成形物。 【効果】 優れた機械的特性及び熱的特性と靭性、耐衝
撃性が兼備され、しかも発生したクラックを伝播させに
くい特性を有するプリプレグ及び成形物を容易に製造す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐衝撃性に優れ、衝撃
時のクラック伝播を抑制する能力のある成形物を製造す
るためのプリプレグ及びこのプリプレグを成形してなる
成形物に関するものである。更に詳しくは、高強度炭素
繊維等を強化材とした場合に、マトリックス樹脂の優れ
た機械的特性及び熱的特性を損ねることなく、靭性（タ
フネス）が付与された成形物を与えるためのプリプレグ
及び該成形物に関するものである。
時のクラック伝播を抑制する能力のある成形物を製造す
るためのプリプレグ及びこのプリプレグを成形してなる
成形物に関するものである。更に詳しくは、高強度炭素
繊維等を強化材とした場合に、マトリックス樹脂の優れ
た機械的特性及び熱的特性を損ねることなく、靭性（タ
フネス）が付与された成形物を与えるためのプリプレグ
及び該成形物に関するものである。
【０００２】
【従来技術及び問題点】近年、炭素繊維、芳香族ポリア
ミド繊維等を強化材として用いた複合材料は、その高い
比強度、比剛性を利用して、航空機等の構造材として多
く用いられてきている。これらの複合材料は、強化材に
マトリックス樹脂が含浸された中間製品であるプリプレ
グから、加熱・加圧といった成形・加工工程を経て実際
に用いられる場合が多い。プリプレグにおけるマトリッ
クス樹脂としては、熱硬化性樹脂として知られるエポキ
シ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂等が用いられ、また、最近ではポリ
エーテルエーテルケトンといった熱可塑性樹脂も用いら
れるようになってきており、いずれの樹脂を用いた場合
も、その複合材料は、優れた耐熱性、機械的特性、寸法
安定性、耐薬品性、耐候性が特徴とされていた。熱可塑
性樹脂をマトリックス樹脂とした場合、良好な耐熱性、
機械的特性に加え複合材料の衝撃特性も優れていること
が期待されているが、プリプレグとしての取扱性が悪い
（例えばドレープ性に乏しい）ために、現状の成形加工
技術では取扱性が悪い材料であり、複雑形状物への適用
が難しい状況にある。一方、エポキシ樹脂系プリプレグ
のように熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に用いた場
合、耐熱性、機械的特性に良好な性能を示すことが認め
られていたが、反面、マトリックス樹脂の伸度が低く、
脆いために複合材料の靭性、耐衝撃性に劣ることが指摘
され、その改善が求められてきた。特に、これらのプリ
プレグから作られた複合材料は、これを航空機一次構造
材の用途に使用する場合、離着陸時の小石の跳ね上げ、
整備時の工具の落下等による外部からの衝撃に耐える性
能を有する必要があるが、耐熱性を落とさずに耐衝撃性
を改善することは、これまで困難視されていた。これら
の複合材料に耐衝撃性を付与させるためには、次のよう
なことが重要な点と指摘され研究が進められてきた。 炭素繊維等の強化材の伸度を向上させる。 プリプレグに用いられるマトリックス樹脂の靭性（タ
フネス）を上げる。 強化繊維／マトリックス樹脂の界面特性を最適化す
る。 複合材料を高次構造とする。 プリプレグ用マトリックス樹脂を高靭性化し、複合材料
の耐衝撃性を向上させる技術としては、特開昭５８−１
２０６３９号、同６１−２５００２１号、同６２−３６
４２１号、同６２−５７４１７号の公報等で知られるよ
うに、マトリックス樹脂に特定のエラストマー成分、高
分子量ゴム成分、熱可塑性樹脂を配合し、複合利料の靭
性（耐衝撃性）を高めたプリプレグ組成物も開発されて
いるが、複合材料の耐衝撃性の向上が低かったり、マト
リックス樹脂の粘度が著しく上昇する等の問題を有して
いた。また、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂の微粉末
を分散混合する方法も提案されているが、この場合、マ
トリックス樹脂の粘度上昇は少なく、耐衝撃性は向上す
るものの、暴露雰囲気中においてプリプレグのタックが
経時変化するという問題があった。強化繊維／マトリッ
クス樹脂の界面特性を最適化することに関しては、繊維
の表面処理条件、収束剤の種類を選択する等の研究が行
なわれているが、まだ研究段階にあり所望の効果が得ら
れていない。複合材料を高次構造とし、複合材料の耐衝
撃性を改良する技術としては、強化繊維の素材形態をコ
ントロールする方法、積層間に異種材料を挿入する方法
等が考えられる。強化繊維の素材形態をコントロールす
る方法として、等方的な材料にするため、強化素材に三
次元織物を使用する等の試みもされているが、今のとこ
ろ、織物の製造が難しい、樹脂含浸が悪い、繊維体積含
有率のコントロールが難しい等の問題点が多く実用面で
は顕著な効果を発揮させるまでには至っていない。複合
材料の積層間に異種材料を挿入する技術に関しては、特
開昭５１−３３１６２号、同６１−１３５７１２号の公
報に示されるように、プリプレグの表面にスクリーム・
クロスを貼りあわせた材料が知られているが、この場合
のスクリーム・クロスはプリプレグの横割れ防止や繊維
乱れを防止するといった、むしろプリプレグ自身の補強
的な目的のため使用されており、大きな靭性、耐衝撃性
の向上は認められていない。複合材料の積層間に異種材
料を挿入して、複合材料の衝撃特性を向上させる技術と
して、特開昭６０−６３２２９号、同６３−１６２７３
３号の公報に示されるようなインターリーフ技術があ
る。インターリーフ材料としては、一般に厚さ０．０３
〜０．０６ｍｍの可撓性に優れたエポキシ樹脂層を用い
たり、厚さ０．０１〜０．０５ｍｍの例えば、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエー
テルケトンのフィルムといった熱可塑性樹脂フィルムを
使用している。インターリーフ材料に可撓性に優れたエ
ポキシ樹脂、例えばエラストマー成分の多いエポキシ樹
脂層を用いた場合、衝撃特性の向上を図るためにはエラ
ストマー成分を多量配合することが必要であるが、そう
すると、エラストマー成分の種類や量により複合材料の
耐熱性や機械的特性の低下を招くことがあり、その種類
や量に制限が加えられるため、十分な効果を発揮できな
いことが多い。複合材料の積層間に熱可塑性樹脂フィル
ムを挿入した場合、複合材料の耐衝撃性を向上させる効
果は認められているが、隣接した層と層との間が樹脂フ
ィルムにより完全に遮断されるため、プリプレグのタッ
クやマトリックス樹脂と熱可塑性樹脂フィルムとの接着
性に問題があり、複合材料の靭性、特に歪エネルギー開
放率（ＧＩＣ）が低いという欠点を有している。また、
層間方向の樹脂フローが遮断されるため、不均一な樹脂
フローが起こり、成形物の変形を招いたり、又は、熱可
塑性樹脂フィルムが比較的厚いために、マトリックス樹
脂に対する熱可塑性樹脂フィルムの割合が高くなり、そ
れに伴う複合材料の性能（コンポジット性能）の低下を
引き起こす場合もあった。
ミド繊維等を強化材として用いた複合材料は、その高い
比強度、比剛性を利用して、航空機等の構造材として多
く用いられてきている。これらの複合材料は、強化材に
マトリックス樹脂が含浸された中間製品であるプリプレ
グから、加熱・加圧といった成形・加工工程を経て実際
に用いられる場合が多い。プリプレグにおけるマトリッ
クス樹脂としては、熱硬化性樹脂として知られるエポキ
シ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂等が用いられ、また、最近ではポリ
エーテルエーテルケトンといった熱可塑性樹脂も用いら
れるようになってきており、いずれの樹脂を用いた場合
も、その複合材料は、優れた耐熱性、機械的特性、寸法
安定性、耐薬品性、耐候性が特徴とされていた。熱可塑
性樹脂をマトリックス樹脂とした場合、良好な耐熱性、
機械的特性に加え複合材料の衝撃特性も優れていること
が期待されているが、プリプレグとしての取扱性が悪い
（例えばドレープ性に乏しい）ために、現状の成形加工
技術では取扱性が悪い材料であり、複雑形状物への適用
が難しい状況にある。一方、エポキシ樹脂系プリプレグ
のように熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に用いた場
合、耐熱性、機械的特性に良好な性能を示すことが認め
られていたが、反面、マトリックス樹脂の伸度が低く、
脆いために複合材料の靭性、耐衝撃性に劣ることが指摘
され、その改善が求められてきた。特に、これらのプリ
プレグから作られた複合材料は、これを航空機一次構造
材の用途に使用する場合、離着陸時の小石の跳ね上げ、
整備時の工具の落下等による外部からの衝撃に耐える性
能を有する必要があるが、耐熱性を落とさずに耐衝撃性
を改善することは、これまで困難視されていた。これら
の複合材料に耐衝撃性を付与させるためには、次のよう
なことが重要な点と指摘され研究が進められてきた。 炭素繊維等の強化材の伸度を向上させる。 プリプレグに用いられるマトリックス樹脂の靭性（タ
フネス）を上げる。 強化繊維／マトリックス樹脂の界面特性を最適化す
る。 複合材料を高次構造とする。 プリプレグ用マトリックス樹脂を高靭性化し、複合材料
の耐衝撃性を向上させる技術としては、特開昭５８−１
２０６３９号、同６１−２５００２１号、同６２−３６
４２１号、同６２−５７４１７号の公報等で知られるよ
うに、マトリックス樹脂に特定のエラストマー成分、高
分子量ゴム成分、熱可塑性樹脂を配合し、複合利料の靭
性（耐衝撃性）を高めたプリプレグ組成物も開発されて
いるが、複合材料の耐衝撃性の向上が低かったり、マト
リックス樹脂の粘度が著しく上昇する等の問題を有して
いた。また、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂の微粉末
を分散混合する方法も提案されているが、この場合、マ
トリックス樹脂の粘度上昇は少なく、耐衝撃性は向上す
るものの、暴露雰囲気中においてプリプレグのタックが
経時変化するという問題があった。強化繊維／マトリッ
クス樹脂の界面特性を最適化することに関しては、繊維
の表面処理条件、収束剤の種類を選択する等の研究が行
なわれているが、まだ研究段階にあり所望の効果が得ら
れていない。複合材料を高次構造とし、複合材料の耐衝
撃性を改良する技術としては、強化繊維の素材形態をコ
ントロールする方法、積層間に異種材料を挿入する方法
等が考えられる。強化繊維の素材形態をコントロールす
る方法として、等方的な材料にするため、強化素材に三
次元織物を使用する等の試みもされているが、今のとこ
ろ、織物の製造が難しい、樹脂含浸が悪い、繊維体積含
有率のコントロールが難しい等の問題点が多く実用面で
は顕著な効果を発揮させるまでには至っていない。複合
材料の積層間に異種材料を挿入する技術に関しては、特
開昭５１−３３１６２号、同６１−１３５７１２号の公
報に示されるように、プリプレグの表面にスクリーム・
クロスを貼りあわせた材料が知られているが、この場合
のスクリーム・クロスはプリプレグの横割れ防止や繊維
乱れを防止するといった、むしろプリプレグ自身の補強
的な目的のため使用されており、大きな靭性、耐衝撃性
の向上は認められていない。複合材料の積層間に異種材
料を挿入して、複合材料の衝撃特性を向上させる技術と
して、特開昭６０−６３２２９号、同６３−１６２７３
３号の公報に示されるようなインターリーフ技術があ
る。インターリーフ材料としては、一般に厚さ０．０３
〜０．０６ｍｍの可撓性に優れたエポキシ樹脂層を用い
たり、厚さ０．０１〜０．０５ｍｍの例えば、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエー
テルケトンのフィルムといった熱可塑性樹脂フィルムを
使用している。インターリーフ材料に可撓性に優れたエ
ポキシ樹脂、例えばエラストマー成分の多いエポキシ樹
脂層を用いた場合、衝撃特性の向上を図るためにはエラ
ストマー成分を多量配合することが必要であるが、そう
すると、エラストマー成分の種類や量により複合材料の
耐熱性や機械的特性の低下を招くことがあり、その種類
や量に制限が加えられるため、十分な効果を発揮できな
いことが多い。複合材料の積層間に熱可塑性樹脂フィル
ムを挿入した場合、複合材料の耐衝撃性を向上させる効
果は認められているが、隣接した層と層との間が樹脂フ
ィルムにより完全に遮断されるため、プリプレグのタッ
クやマトリックス樹脂と熱可塑性樹脂フィルムとの接着
性に問題があり、複合材料の靭性、特に歪エネルギー開
放率（ＧＩＣ）が低いという欠点を有している。また、
層間方向の樹脂フローが遮断されるため、不均一な樹脂
フローが起こり、成形物の変形を招いたり、又は、熱可
塑性樹脂フィルムが比較的厚いために、マトリックス樹
脂に対する熱可塑性樹脂フィルムの割合が高くなり、そ
れに伴う複合材料の性能（コンポジット性能）の低下を
引き起こす場合もあった。
【０００３】
【発明の目的】本発明の目的は、上記の如き問題点を克
服し、優れた耐熱性に加え、靭性、衝撃強さに優れ、衝
撃時のクラックの伝播を抑制する能力を有する成形物を
複合材料に付与させるプリプレグ及び該成形物を提供す
ること、敷えんすると、熱硬化性のマトリックス樹脂を
用いたプリプレグにおいて、プリプレグ中に熱可塑性樹
脂よりなる繊維を混在させることで、プリプレグのタッ
ク、フロー特性、成形後の複合材料の靭性、耐衝撃性に
優れた繊維強化複合材料用プリプレグ及びこれから得ら
れる成形物を提供することにある。
服し、優れた耐熱性に加え、靭性、衝撃強さに優れ、衝
撃時のクラックの伝播を抑制する能力を有する成形物を
複合材料に付与させるプリプレグ及び該成形物を提供す
ること、敷えんすると、熱硬化性のマトリックス樹脂を
用いたプリプレグにおいて、プリプレグ中に熱可塑性樹
脂よりなる繊維を混在させることで、プリプレグのタッ
ク、フロー特性、成形後の複合材料の靭性、耐衝撃性に
優れた繊維強化複合材料用プリプレグ及びこれから得ら
れる成形物を提供することにある。
【０００４】
【発明の構成】本発明は下記のとおりのものである。
【請求項１】 強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維と
からなる基材に、該熱可塑性樹脂長繊維の融点又はガラ
ス転移温度より低い温度で硬化する熱硬化性樹脂組成物
を含浸してなるプリプレグ。
からなる基材に、該熱可塑性樹脂長繊維の融点又はガラ
ス転移温度より低い温度で硬化する熱硬化性樹脂組成物
を含浸してなるプリプレグ。
【請求項２】 請求項１記載のプリプレグを成形して
なる成形物。本発明の好適な実施態様は、下記のとおり
である。 （ａ）強化材長繊維が、１．３％以上の伸度を有する炭
素繊維長繊維である請求項１記載のプリプレグ。 （ｂ）熱可塑性樹脂長繊維が、ガラス転移温度又は融点
が１８０℃以上の熱可塑性樹脂繊維である前記請求項１
記載のプリプレグ。 （ｃ）単繊維の太さが１〜５０μｍであり、その単繊維
が１０〜１００００本からなる熱可塑性樹脂長繊維束
を、強化材長繊維に対し好ましくは３〜２５重量％、更
に好ましくは１０〜２０重量％の割合でプリプレグ中に
均一に混在させたものである前記請求項１記載のプリプ
レグ。 本発明の成形物は、耐衝撃性に優れ、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ものである。本発
明に用いられる強化材長繊維は、１．３％以上の伸度を
有する炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維が
好ましい。通常、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維
は、２．５％以上の伸度を有している。伸度１．３％未
満の炭素繊維を使用した場合、複合材料の靭性、耐衝撃
性がやや不十分となるきらいがある。炭素繊錐として
は、アクリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等に制限は
ないが、複合材料の機械的特性を向上させるために、引
張強さ４００Ｋｇｆ／ｍｍ２以上、弾性率３０×１０３
Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の 、いわゆる高強度中弾性繊維
を用いることが好ましい。また、長繊維としては、一般
にフィラメント糸が使用されるが、短繊維の紡績糸を使
用することもできる。本発明において、熱可塑性樹脂長
繊維とは、フィラメント、紡績糸、混紡糸等の連続的な
繊維であり、特に限定はないが、マトリックス樹脂の含
浸性の点からフィラメントが好ましい。その単繊維の太
さは１〜５０μｍであり、その単繊維が１０〜１０００
０本からなるものがプリプレグ作製工程の容易性及びそ
の成形物の耐衝撃性の点から好適である。これらの熱可
塑性樹脂長繊維は、特にプリプレグ硬化時（成形時）
に、該熱可塑性樹脂繊維がマトリックス樹脂中に融合し
て、均一相とならないよう、熱硬化性マトリックス樹脂
の硬化温度との関係で、該硬化温度より高いガラス転移
温度又は融点の熱可塑性樹脂を選定することが必要であ
る。好ましくは、ガラス転移温度又は融点が１８０℃以
上の熱可塑性樹脂長繊維である。具体的には、ポリエー
テルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリイミド等耐熱性のある繊維が好適で
あり、これらの繊維は単独又は併用して用いてもよい。
また、これらの繊維はマトリックス樹脂との接着性を向
上させるため、その表面に物理的又は化学的なエッチン
グ処理を施してもよい。熱可塑性樹脂長繊維の強化材長
繊維に対する配合比率は、成形物の機械的特性・耐熱性
・耐衝撃性の点から、３〜２５重量％、好ましくは１０
〜２０重量％である。これらの繊維を基材としたプリプ
レグは、一方向引き揃え、一方向織物、織物等の基材の
繊維間に未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたもの
である。マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂組成物
は、基材の熱可塑性樹脂長繊維のガラス転移温度又は融
点より低い温度で硬化する樹脂組成物である。具体的に
は、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂であり、プリプレグに占め
る樹脂組成物全体（熱可塑性樹脂長繊維を含む）の含有
率は好ましくは２０〜６０重量％、更に好ましくは２５
〜４５重量％が適当である。樹脂の変性等により、マト
リックス樹脂の伸度が向上した場合には、成形物は更に
発生したクラックを伝播させにくい特性を有するように
なる。このようなプリプレグよりなる成形物は、靭性、
耐衝撃性に優れ、しかも剥離を起こしにくい成形物であ
る。本発明のプリプレグは、通常知られた方法によって
基材を作製し、溶剤法又はホットメルト法によってプリ
プレグとすることができるが、溶剤法を用いる場合は、
熱可塑性樹脂長繊維を溶解しない溶剤を使用する必要が
ある。強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維をプリプレグ
作製装置に導入する際には、個別に行っても或いは予め
交絡（コミングル、合糸）させたものを用いてもよい。
例えば、以下の方法により製造することができる。ま
ず、調合した熱硬化性樹脂を用い、フィルムコーター等
により均一な樹脂フィルムを作製する。次いで、ホット
メルト法等により、その樹脂フィルム上に強化材長繊維
と熱可塑性樹脂長繊維を一方向に均一に配列させ、プレ
ート、ローラー等にて加熱、加圧し、含浸することによ
ってプリプレグとする。
なる成形物。本発明の好適な実施態様は、下記のとおり
である。 （ａ）強化材長繊維が、１．３％以上の伸度を有する炭
素繊維長繊維である請求項１記載のプリプレグ。 （ｂ）熱可塑性樹脂長繊維が、ガラス転移温度又は融点
が１８０℃以上の熱可塑性樹脂繊維である前記請求項１
記載のプリプレグ。 （ｃ）単繊維の太さが１〜５０μｍであり、その単繊維
が１０〜１００００本からなる熱可塑性樹脂長繊維束
を、強化材長繊維に対し好ましくは３〜２５重量％、更
に好ましくは１０〜２０重量％の割合でプリプレグ中に
均一に混在させたものである前記請求項１記載のプリプ
レグ。 本発明の成形物は、耐衝撃性に優れ、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ものである。本発
明に用いられる強化材長繊維は、１．３％以上の伸度を
有する炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維が
好ましい。通常、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維
は、２．５％以上の伸度を有している。伸度１．３％未
満の炭素繊維を使用した場合、複合材料の靭性、耐衝撃
性がやや不十分となるきらいがある。炭素繊錐として
は、アクリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等に制限は
ないが、複合材料の機械的特性を向上させるために、引
張強さ４００Ｋｇｆ／ｍｍ２以上、弾性率３０×１０３
Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の 、いわゆる高強度中弾性繊維
を用いることが好ましい。また、長繊維としては、一般
にフィラメント糸が使用されるが、短繊維の紡績糸を使
用することもできる。本発明において、熱可塑性樹脂長
繊維とは、フィラメント、紡績糸、混紡糸等の連続的な
繊維であり、特に限定はないが、マトリックス樹脂の含
浸性の点からフィラメントが好ましい。その単繊維の太
さは１〜５０μｍであり、その単繊維が１０〜１０００
０本からなるものがプリプレグ作製工程の容易性及びそ
の成形物の耐衝撃性の点から好適である。これらの熱可
塑性樹脂長繊維は、特にプリプレグ硬化時（成形時）
に、該熱可塑性樹脂繊維がマトリックス樹脂中に融合し
て、均一相とならないよう、熱硬化性マトリックス樹脂
の硬化温度との関係で、該硬化温度より高いガラス転移
温度又は融点の熱可塑性樹脂を選定することが必要であ
る。好ましくは、ガラス転移温度又は融点が１８０℃以
上の熱可塑性樹脂長繊維である。具体的には、ポリエー
テルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリイミド等耐熱性のある繊維が好適で
あり、これらの繊維は単独又は併用して用いてもよい。
また、これらの繊維はマトリックス樹脂との接着性を向
上させるため、その表面に物理的又は化学的なエッチン
グ処理を施してもよい。熱可塑性樹脂長繊維の強化材長
繊維に対する配合比率は、成形物の機械的特性・耐熱性
・耐衝撃性の点から、３〜２５重量％、好ましくは１０
〜２０重量％である。これらの繊維を基材としたプリプ
レグは、一方向引き揃え、一方向織物、織物等の基材の
繊維間に未硬化の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたもの
である。マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂組成物
は、基材の熱可塑性樹脂長繊維のガラス転移温度又は融
点より低い温度で硬化する樹脂組成物である。具体的に
は、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂であり、プリプレグに占め
る樹脂組成物全体（熱可塑性樹脂長繊維を含む）の含有
率は好ましくは２０〜６０重量％、更に好ましくは２５
〜４５重量％が適当である。樹脂の変性等により、マト
リックス樹脂の伸度が向上した場合には、成形物は更に
発生したクラックを伝播させにくい特性を有するように
なる。このようなプリプレグよりなる成形物は、靭性、
耐衝撃性に優れ、しかも剥離を起こしにくい成形物であ
る。本発明のプリプレグは、通常知られた方法によって
基材を作製し、溶剤法又はホットメルト法によってプリ
プレグとすることができるが、溶剤法を用いる場合は、
熱可塑性樹脂長繊維を溶解しない溶剤を使用する必要が
ある。強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維をプリプレグ
作製装置に導入する際には、個別に行っても或いは予め
交絡（コミングル、合糸）させたものを用いてもよい。
例えば、以下の方法により製造することができる。ま
ず、調合した熱硬化性樹脂を用い、フィルムコーター等
により均一な樹脂フィルムを作製する。次いで、ホット
メルト法等により、その樹脂フィルム上に強化材長繊維
と熱可塑性樹脂長繊維を一方向に均一に配列させ、プレ
ート、ローラー等にて加熱、加圧し、含浸することによ
ってプリプレグとする。
【０００５】
【実施例１】下記の組成よりなる樹脂組成物を用い、フ
ィルムコーターにて樹脂フィルムを作製した。次に、ホ
ットメルト法にて、一方向に均一に配列させた炭素繊維
と熱可塑性樹脂繊維を用い、１００℃のホットローラー
に通し、未硬化の熱硬化性樹脂を繊維間に含浸させ、プ
リプレグを作製した。 １）テトラグリシジルアミノジフェニルメタン （チバガイギー社製、ＭＹ−７２０）……………………５０重量部 ２）フェノールノボラック型エポキシ樹脂 （ダウケミカル社製、ＴＡＣＴＩＸ４８５）……………２０重量部 ３）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 （油化シェルエポキシ社製、Ｅｐ．８２８）……………３０重量部 ４）４，４´ジアミノジフェニルスルホン （住友化学工業社製、スミキュア）………………………４０重量部 用いた炭素繊維（ＣＦ）は、ベスファイトＩＭ−６００
（東邦レーヨン社製、引張強度５８０Ｋｇｆ／ｍｍ２、
弾性率３０×１０３Ｋｇｆ／ｍｍ２）である。また、熱
可塑性樹脂繊維は単繊維の太さ２０μｍであり、その単
繊維が１５０本からなるフィラメント状のポリエーテル
イミド繊維（略称ＰＥＩ繊維：ガラス転移温度２１６
℃）を用いた。プリプレグのＣＦ目付は１５０ｇ／
ｍ２、ＰＥＩ繊維の目付は１５ｇ／ｍ２、プリプレグ全
体の樹脂含有率（ＰＥＩ繊維を含む）は３２重量％であ
った。得られたプリプレグはマトリックス樹脂中にＣ
Ｆ、ＰＥＩ繊維が均一に混在するものであり、良好なタ
ック、ドレープ性を有していた。このプリプレグより、
所定の寸法及び枚数の小片をカット、積層し、オートク
レーブ成形により昇温速度２℃／分、１８０℃で２時間
の硬化条件で硬化させ、成形板を作製した。これにより
試験片を切り出し、ガラス転移温度（Ｔｇ）、ＧＩＣ、
１５００ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ、衝撃後の圧縮強さ（ＣＡ
Ｉ：３２ｐｌｙ擬等方性積層板）を測定したところ、Ｔ
ｇは１９０℃、ＧＩＣは４８０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３５
Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
ィルムコーターにて樹脂フィルムを作製した。次に、ホ
ットメルト法にて、一方向に均一に配列させた炭素繊維
と熱可塑性樹脂繊維を用い、１００℃のホットローラー
に通し、未硬化の熱硬化性樹脂を繊維間に含浸させ、プ
リプレグを作製した。 １）テトラグリシジルアミノジフェニルメタン （チバガイギー社製、ＭＹ−７２０）……………………５０重量部 ２）フェノールノボラック型エポキシ樹脂 （ダウケミカル社製、ＴＡＣＴＩＸ４８５）……………２０重量部 ３）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 （油化シェルエポキシ社製、Ｅｐ．８２８）……………３０重量部 ４）４，４´ジアミノジフェニルスルホン （住友化学工業社製、スミキュア）………………………４０重量部 用いた炭素繊維（ＣＦ）は、ベスファイトＩＭ−６００
（東邦レーヨン社製、引張強度５８０Ｋｇｆ／ｍｍ２、
弾性率３０×１０３Ｋｇｆ／ｍｍ２）である。また、熱
可塑性樹脂繊維は単繊維の太さ２０μｍであり、その単
繊維が１５０本からなるフィラメント状のポリエーテル
イミド繊維（略称ＰＥＩ繊維：ガラス転移温度２１６
℃）を用いた。プリプレグのＣＦ目付は１５０ｇ／
ｍ２、ＰＥＩ繊維の目付は１５ｇ／ｍ２、プリプレグ全
体の樹脂含有率（ＰＥＩ繊維を含む）は３２重量％であ
った。得られたプリプレグはマトリックス樹脂中にＣ
Ｆ、ＰＥＩ繊維が均一に混在するものであり、良好なタ
ック、ドレープ性を有していた。このプリプレグより、
所定の寸法及び枚数の小片をカット、積層し、オートク
レーブ成形により昇温速度２℃／分、１８０℃で２時間
の硬化条件で硬化させ、成形板を作製した。これにより
試験片を切り出し、ガラス転移温度（Ｔｇ）、ＧＩＣ、
１５００ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ、衝撃後の圧縮強さ（ＣＡ
Ｉ：３２ｐｌｙ擬等方性積層板）を測定したところ、Ｔ
ｇは１９０℃、ＧＩＣは４８０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３５
Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【実施例２】実施例１に示したＰＥＩ繊維の目付を７ｇ
／ｍ２とし、実施例１と同様の手順を繰り返した。得ら
れたプリプレグはマトリックス樹脂中にＣＦ、ＰＥＩ繊
維が均一に混在するものであり、良好なタック、ドレー
プ性を有していた。このプリプレグを実施例１と同様に
硬化した成形物のＴｇは１８８℃、ＧＩＣは４１０Ｊ／
ｍ２、ＣＡＩは３１Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
／ｍ２とし、実施例１と同様の手順を繰り返した。得ら
れたプリプレグはマトリックス樹脂中にＣＦ、ＰＥＩ繊
維が均一に混在するものであり、良好なタック、ドレー
プ性を有していた。このプリプレグを実施例１と同様に
硬化した成形物のＴｇは１８８℃、ＧＩＣは４１０Ｊ／
ｍ２、ＣＡＩは３１Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【実施例３】実施例１に示したＰＥＩ繊維の代わりに、
ポリエーテルスルフォン繊維（略称ＰＥＳ繊維：Ｔｇ２
２３℃）を用い、ＰＥＳ繊維の目付を１５ｇ／ｍ２
とし、実施例１と同様の手順を繰り返した。得られたプ
リプレグはマトリックス樹脂中にＣＦ、ＰＥＳ繊維が均
一に混在するものであり、良好なタック、ドレープ性を
有していた。このプリプレグを実施例１と同様に硬化し
た成形物について、Ｔｇは１９１℃、ＧＩＣは４２０Ｊ
／ｍ２、ＣＡＩは３４Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
ポリエーテルスルフォン繊維（略称ＰＥＳ繊維：Ｔｇ２
２３℃）を用い、ＰＥＳ繊維の目付を１５ｇ／ｍ２
とし、実施例１と同様の手順を繰り返した。得られたプ
リプレグはマトリックス樹脂中にＣＦ、ＰＥＳ繊維が均
一に混在するものであり、良好なタック、ドレープ性を
有していた。このプリプレグを実施例１と同様に硬化し
た成形物について、Ｔｇは１９１℃、ＧＩＣは４２０Ｊ
／ｍ２、ＣＡＩは３４Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【実施例４】実施例１に示したＰＥＩ繊維の太さ４０μ
ｍ、その単繊維が７０本から成る物に変え、ＰＥＩ繊維
の目付を１５ｇ／ｍ２とし、実施例１と同様の手順を繰
り返した。得られたプリプレグはマトリックス樹脂中に
ＣＦ、ＰＥＩ繊維が均一に混在するものであり、良好な
タック、ドレープ性を有していた。このプリプレグを実
施例１と同様に硬化した成形物について、Ｔｇは１９０
℃、ＧＩＣは４５０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３２Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２であった。
ｍ、その単繊維が７０本から成る物に変え、ＰＥＩ繊維
の目付を１５ｇ／ｍ２とし、実施例１と同様の手順を繰
り返した。得られたプリプレグはマトリックス樹脂中に
ＣＦ、ＰＥＩ繊維が均一に混在するものであり、良好な
タック、ドレープ性を有していた。このプリプレグを実
施例１と同様に硬化した成形物について、Ｔｇは１９０
℃、ＧＩＣは４５０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３２Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２であった。
【０００６】
【比較例１】熱可塑性樹脂繊維を加えず、実施例１と同
様の手順によりプリプレグを作製した。得られたプリプ
レグのＣＦ目付は１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有率は３２重
量％、良好なタック、ドレープ性を有していた。このプ
リプレグを実施例１と同様に硬化した。この成形物のＴ
ｇは１９１℃、ＧＩＣは１９０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは１４
Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
様の手順によりプリプレグを作製した。得られたプリプ
レグのＣＦ目付は１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有率は３２重
量％、良好なタック、ドレープ性を有していた。このプ
リプレグを実施例１と同様に硬化した。この成形物のＴ
ｇは１９１℃、ＧＩＣは１９０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは１４
Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【比較例２】熱可塑性樹脂繊維を加えず、実施例１と同
様の手順によりプリプレグを作製した。得られたプリプ
レグの片面に厚さ２０μｍのポリエーテルイミドフィル
ムを置き、８０℃のホットローラー間に通し両者を圧着
させた。得られたプリプレグのＣＦ目付は１５０ｇ／ｍ
２、樹脂含有率は３３重量％であった。このプリプレグ
は良好なドレープ性を有しているが、フィルムを圧着さ
せた側はタックがないものであった。このプリプレグを
実施例１と同様に硬化した。この成形物のＴｇは１９０
℃、ＧＩＣは１３０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３１Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２であった。
様の手順によりプリプレグを作製した。得られたプリプ
レグの片面に厚さ２０μｍのポリエーテルイミドフィル
ムを置き、８０℃のホットローラー間に通し両者を圧着
させた。得られたプリプレグのＣＦ目付は１５０ｇ／ｍ
２、樹脂含有率は３３重量％であった。このプリプレグ
は良好なドレープ性を有しているが、フィルムを圧着さ
せた側はタックがないものであった。このプリプレグを
実施例１と同様に硬化した。この成形物のＴｇは１９０
℃、ＧＩＣは１３０Ｊ／ｍ２、ＣＡＩは３１Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２であった。
【０００７】
【表１】 測定結果を表１にまとめてある。実施例１〜４は比較例
１に比較し、Ｔｇに差は認められないものの、ＣＡＩ、
ＧＩＣが高く、耐衝撃性、靭性に優れることが明らかと
なった。また、ポリエーテルイミドフィルムをプリプレ
グ層間に配した比較例２と比較してもＴｇ、ＣＡＩは同
等であるが、ＧＩＣが非常に優れることが認められた。
１に比較し、Ｔｇに差は認められないものの、ＣＡＩ、
ＧＩＣが高く、耐衝撃性、靭性に優れることが明らかと
なった。また、ポリエーテルイミドフィルムをプリプレ
グ層間に配した比較例２と比較してもＴｇ、ＣＡＩは同
等であるが、ＧＩＣが非常に優れることが認められた。
【０００８】
【発明の効果】本発明によると、強化材長繊維と熱可塑
性樹脂長繊維とが任意の割合で混在しているプリプレグ
を容易に製造することができる。本発明のプリプレグを
用いて成形された成形物は、熱可塑性樹脂長繊維が成形
物の中で、マトリックス樹脂に融合して均一相とはなら
ず、繊維状態のまま存在するため不均一相を形成する。
しかも、熱可塑性樹脂フィルムを介在させた場合と異な
り、層間を遮断することがない。このため、得られたプ
リプレグ及び成形物は、優れた機械的特性及び熱的特性
と靭性、耐衝撃性が兼備されたものであり、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
機構造材料、宇宙構造物材料等へ好適に使用される。
性樹脂長繊維とが任意の割合で混在しているプリプレグ
を容易に製造することができる。本発明のプリプレグを
用いて成形された成形物は、熱可塑性樹脂長繊維が成形
物の中で、マトリックス樹脂に融合して均一相とはなら
ず、繊維状態のまま存在するため不均一相を形成する。
しかも、熱可塑性樹脂フィルムを介在させた場合と異な
り、層間を遮断することがない。このため、得られたプ
リプレグ及び成形物は、優れた機械的特性及び熱的特性
と靭性、耐衝撃性が兼備されたものであり、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
機構造材料、宇宙構造物材料等へ好適に使用される。
【図１】本発明のプリプレグの断面図を模式的に示した
ものである。
ものである。
１ 熱可塑性樹脂長繊維 ２ 強化材長繊維 ３ 未硬化の熱硬化性樹脂
Claims (2)
- 【請求項１】 強化材長繊維と熱可塑性樹脂長繊維と
からなる基材に、該熱可塑性樹脂長繊維の融点又はガラ
ス転移温度より低い温度で硬化する熱硬化性樹脂組成物
を含浸してなるプリプレグ。 - 【請求項２】 請求項１記載のプリプレグを成形して
なる成形物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2419159A JP2510093B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | プリプレグ及び成形物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2419159A JP2510093B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | プリプレグ及び成形物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0542536A true JPH0542536A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2510093B2 JP2510093B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=18526833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2419159A Expired - Lifetime JP2510093B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | プリプレグ及び成形物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2510093B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07214551A (ja) * | 1994-01-28 | 1995-08-15 | Toray Ind Inc | 炭素繊維強化樹脂複合材料およびプリプレグ |
| EP1408084A2 (en) | 1998-05-20 | 2004-04-14 | Cytec Industries Corporation | Epoxy resin compositions for the manufacture of void-free laminates |
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|---|---|---|---|---|
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1990
- 1990-12-28 JP JP2419159A patent/JP2510093B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2510093B2 (ja) | 1996-06-26 |
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