JPH06155465A - 繊維強化樹脂複合生成物 - Google Patents

繊維強化樹脂複合生成物

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JPH06155465A
JPH06155465A JP5207232A JP20723293A JPH06155465A JP H06155465 A JPH06155465 A JP H06155465A JP 5207232 A JP5207232 A JP 5207232A JP 20723293 A JP20723293 A JP 20723293A JP H06155465 A JPH06155465 A JP H06155465A
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prepreg
resin composition
curable resin
curable
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JP5207232A
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George Edward Green
エドワード グリーン ジョージ
John Cook
クック ジョン
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Ciba Geigy AG
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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Abstract

(57)【要約】 【構成】強化用織物の少なくとも２枚の重ね合わせシー
トからなる多層織物層を硬化性樹脂組成物（例，エポキ
シ樹脂）の固体フィルム間にサンドイッチし、そして生
成するサンドイッチを前記樹脂組成物が強化織物のシー
トに含浸し凝集硬化性構造物を形成するような圧力下で
加熱することからなる硬化性プレプレグの製法、該プレ
プレグおよびそれを用いた硬化繊維強化複合材料。 【効果】硬化性プレプレグは非常に良好な表面粘性を有
し、その他のプレプレグまたは樹脂フィルムと共に加熱
することにより硬化され、低い気孔率および高い強度を
有する硬化された複合材料とし得る。このプレプレグは
多層積層体の堆積に包含される労働を減らす。また、該
プレプレグは１つの繊維強化操作により通常のプレプレ
グの厚さに比べ２倍またはそれ以上の厚さに製造され
得、当該積層体に必要なプレプレグ製造コストが低減さ
れ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂複合生成物
およびそれらの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空宇宙産業およびそれと同類の産業に
おいて使用される繊維強化樹脂生成物は長い間、硬化性
繊維強化プレプレグ、すなわち固体硬化性樹脂組成物に
より、かつそのマトリックス内に含浸された強化用繊維
材料のシートまたは積層体の場合には２もしくはそれ以
上の重ね合わせシートを硬化させることにより製造され
てきた。そのようなプレプレグ内の繊維材料は通常、一
方向繊維の単一層または織物もしくは不織布の単一シー
トからなり、繊維および織物は典型的には炭素、ガラ
ス、芳香族ポリアミドおよびそれらの混合物からなる。
従って、硬化される複合材料において所望される繊維強
化の各層に対して、プレプレグの別々のシートを使用す
ることが必要だった。多層積層体の堆積は正確を期すた
めに航空宇宙産業では手で行われていたので、各々が単
一の繊維層のみを含むプレプレグの多くのシートを使用
する必要なことにより、そのような堆積はコストが嵩む
労働集約的なプロセスとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
欠点のない所望の特性を有する硬化性プレプレグの提供
を課題としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】強化用織物の少なくとも
２枚のシートを重ね合わせ、生成するアセンブリーを硬
化性樹脂組成物の固体フィルム間にサンドイッチし、そ
して前記樹脂組成物が強化用織物のシートに含浸するよ
うな加熱および加圧下で、生成するサンドイッチを加熱
することにより、所望の特性を有する硬化性プレプレグ
が得られることが本発明に従って今見出された。この方
法により、非常に良好な表面粘性を有する新規な硬化性
プレプレグが製造され得る。これらのプレプレグは所望
によりその他のプレプレグまたは樹脂フィルムと共に加
熱することにより硬化され、低い気孔率および高い強度
を有する硬化された複合材料が得られる。本発明のプレ
プレグは多層積層体の堆積に包含される労働を減らす。
そのようなプレプレグは１つの繊維強化操作により通常
のプレプレグの厚さに比べ２倍またはそれ以上の厚さに
製造され得、当該積層体に必要なプレプレグ製造コスト
が低減され得る。
【０００５】従って、本発明は一つの面において、
（ｉ）強化用織物の少なくとも２枚の重ね合わせシート
からなる多層織物層を硬化性樹脂組成物の固体フィルム
間にサンドイッチし、そして（ｉｉ）生成するサンドイ
ッチを前記樹脂組成物が強化用織物のシートに含浸し凝
集硬化性構造物を形成するような圧力下で加熱する、こ
とからなる硬化性プレプレグの製造方法を提供する。も
う一つの面において、本発明は、固体硬化性樹脂組成物
により含浸され、そして該組成物のマトリックス内に包
含された、強化用織物の少なくとも２枚の重ね合わせた
シートからなる多層織物層を含む硬化性プレプレグを提
供する。
【０００６】強化用織物はプラスチック材料の強化のた
めに公知の材料、例えば炭素、ガラス、金属、芳香族ポ
リアミドまたはそれらの２種もしくはそれ以上の混合物
からなっていてもよい。炭素繊維の織物が好ましい。織
物の重量および厚さは繊維強化樹脂複合材料の製造にお
ける当業者には十分に公知の規準を用いてプレプレグの
意図される用途に従って選択される。特に好ましい態様
において、多層織物は強化用織物の２枚の重ね合わせシ
ートからなる。多層織物層は強化用織物のシートを互い
の上に積層することにより簡単に形成され得る。所望す
るならば、織物の重ね合わせシートは、該シートの移動
を互いに係わって阻止する保持手段によりまとめられて
もよい。そのような保持手段は例えば選択的に適用され
た接着剤または好ましくは織物用ステッチであってよ
い。
【０００７】硬化性樹脂は硬化された繊維強化樹脂複合
材料の製造における使用には公知の種類のものであって
よい。例えば、それはエポキシ樹脂、すなわち分子あた
り平均１より多い１，２−エポキシ基を有する物質、フ
ェノール−アルデヒド樹脂（レゾールまたはノボラック
であってよい）、ビスマレイミド樹脂、シアナト樹脂ま
たはそれらの２種もしくはそれ以上の混合物であってよ
い。エポキシ樹脂およびフェノール−アルデヒドレゾー
ルが好ましく、エポキシ樹脂が特に好ましい。適当なエ
ポキシ樹脂は多価フェノール、例としてビスフェノール
例えばビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンまたは
２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、単
核多価フェノール、例としてレゾルシノール、またはフ
ェノール−ホルムアルデヒドノボラックのポリグリシジ
ルエーテル；芳香族ポリ（Ｎ−グリシジルアミン）、例
えばビス〔４−ジグリシジルアミノ）フェニル〕メタ
ン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン、および４，４’−
ジアミノ−３−エチルジフェニルメタンおよびビス（４
−アミノ−３−エチルフェニル）メタンのテトラ（Ｎ−
グリシジル）誘導体；および混合されたＮ，Ｏ−ポリグ
リシジル化合物、例えば４−（ジグリシジルアミノ）フ
ェニルグリシジルエーテルを包含する。必要ならば、硬
化性樹脂組成物はまた、硬化性樹脂のための硬化剤を含
有する。例えば、硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場
合、組成物はまたエポキシ樹脂用の硬化剤、例えば芳香
族ポリアミン例としてビス（４−アミノフェニル）メタ
ン、４，４’−ジアミノ−３−エチルジフェニルメタ
ン、ビス（４−アミノ−３−エチルフェニル）メタン、
ビス（４−アミノフェニル）スルホンもしくはそれらの
混合物、ジシアンジアミド、三フッ化ホウ素とアミン、
好ましくは第一アミン例えばエチルアミンとの複合体ま
たは三塩化ホウ素／アミン複合体を含有し得る。適当で
ある場合、組成物はまたエポキシ硬化のための促進剤、
例えば選択された硬化剤と通常使用される促進剤を含有
し得る。硬化性樹脂がノボラック樹脂である場合、メチ
レンドナー例えば慣用のヘキサメチレンテトラミンが硬
化剤として組成物中に含有される。硬化性樹脂組成物は
また、特にフェノール−アルデヒドレゾールの場合にお
けるように、硬化性樹脂が液体であるときに、固体熱可
塑性ポリマーを含有してもよい。硬化性樹脂がレゾール
である場合、熱可塑性ポリマーはポリビニルアセタール
例えばポリビニルホルマル、ポリビニルアセタールもし
くはポリビニルブチラール、またはナイロンであってよ
い。硬化性樹脂がノボラックである場合、熱可塑性ポリ
マーはエラストマーポリマー例えばネオプレンゴムまた
はブタジエン−アクリロニトリルゴムであってよい。硬
化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、熱可塑性ポリマー
は反復芳香族エーテル基−ＡｒＯ−および／または反復
芳香族スルホン基−ＡｒＳＯ2 −（式中、Ａｒはアリー
レン基を表す）をポリマー主鎖に有するポリマー、例え
ばフェノキシ樹脂、ポリフェニレンオキシド、芳香族ポ
リエーテルイミド、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）樹脂またはポリエーテルスルホンであってよい。硬
化性エポキシ樹脂組成物に包含されてもよいその他の熱
可塑性ポリマーはオレフィン系炭化水素とエチレン性不
飽和エステルとのコポリマー、例えばエチレンと酢酸ビ
ニルもしくはアクリル酸エチルとのコポリマーである。
硬化性樹脂組成物はまた、少量の添加剤、例えば繊維強
化複合材料の製造のために樹脂組成物に通常包含される
ようなもの、例えば細かく分割されたシリカを含有して
もよい。
【０００８】本発明の方法において使用される硬化性樹
脂組成物のフィルムは慣用の方法で組成物を加工するこ
とにより形成され得る。プレプレグの製造のために多層
織物をサンドイッチするフィルムは同一であっても、異
なっていてもよいが、好ましくはそれらは同一の固体硬
化性樹脂組成物からなる。フィルムの厚さは、フィルム
が例えば５０ないし１０００ｇ／ｍ2 、好ましくは１０
０ないし４００ｇ／ｍ2 の重量を有するように設定され
得る。フィルムは強化用織物と接触するようになる面の
反対側の面に剥離性バッキングシートを有してもよく、
この態様においてフィルムは剥離性バッキングシート上
に通常形成される。剥離性バッキングシートは硬化性樹
脂フィルムと共に通常使用される種類のもの、例えばポ
リオレフィンもしくはポリエステル、または剥離材例え
ばシリコーンが被覆された紙からなっていてもよい。プ
レプレグは、多層織物が硬化性樹脂組成物の固体フィル
ム上に積層され、その他のそのようなフィルムが多層織
物の上に積層され、そして生成するアセンブリーが圧力
下で加熱されるバッチ方式により製造され得る。好まし
くは、プレプレグは、その反対側がベルトまたは剥離性
バッキングシートにより支持されていることが望ましい
硬化性樹脂組成物の連続固体フィルムを多層織物の各面
に同時に適用し、そして樹脂組成物が多層織物に含浸し
凝集硬化性構造物を形成するように加熱されたローラー
間に生成するサンドイッチを通すことにより連続的に製
造される。プレプレグ製造の分野の当業者に明らかなよ
うに、樹脂組成物のフィルム間の多層織物のサンドイッ
チの加熱は樹脂を硬化させるには不十分であるべきであ
る。一般に、サンドイッチは５０ないし１８０℃、好ま
しくは７０ないし１４０℃の温度で、樹脂組成物が多層
織物に含浸するのに十分な時間加熱される。サンドイッ
チが加熱される圧力は例えば１５０ないし１０００ｋＰ
ａ、好ましくは２００ないし６００ｋＰａであってよ
い。本発明に係るプレプレグは、あらゆる剥離性バッキ
ングシートの除去の後、それが硬化されるまで、該プレ
プレグを加熱することにより硬化された繊維強化複合材
料に変換され得る。硬化温度は樹脂および存在するなら
ば硬化剤の性質に応じて変化し得、そして当業者には十
分に公知である。硬化は型内で行われて特定形状の硬化
製品を製造することもできる。硬化された積層体は本発
明のプレプレグの２またはそれ以上の層、または別のプ
レプレグの１もしくはそれ以上の層および／または硬化
性樹脂組成物の１もしくはそれ以上の層と一緒のなった
本発明のプレプレグの１もしくはそれ以上の層のアセン
ブリーを加圧下で加熱することにより製造され得る。
【０００９】
【実施例】本発明は次の実施例により説明される。各シ
ートの重量が３７０ｇ／ｍ2 である炭素繊維織物の２枚
の重ね合わせシートからなる多層織物を、シリコーン被
覆された剥離紙上に支持された、硬化剤としてジシアン
ジアミドを含有する硬化性エポキシ樹脂組成物の固体フ
ィルム（フィルム重量２００ｇ／ｍ2 ）の表面に積層す
る。第２のそのようなフィルムを織物の表面に積層す
る。生成するアセンブリーを、前記樹脂組成物が織物に
含浸するように、３００ｋＰａの圧力下８０℃で１分間
加熱し、厚さ０．９ｍｍで、良好な表面粘着性を有する
凝集硬化性プレプレグを形成する。このプレプレグの各
々の寸法が１０ｃｍ×１３ｃｍである３枚の切片を重ね
合わせ、そして７００ｋＰａの圧力下１２５℃で６０分
間加熱し、硬化積層体を形成する。生成する積層体は２
２℃で７０．４ＭＰａの層間剪断強さを有する。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ｉ）強化用織物の少なくとも２枚の重
    ね合わせシートからなる多層織物層を硬化性樹脂組成物
    の固体フィルム間にサンドイッチし、そして（ｉｉ）生
    成するサンドイッチを前記樹脂組成物が強化用織物のシ
    ートに含浸し凝集硬化性構造物を形成するような圧力下
    で加熱する、ことからなる硬化性プレプレグの製造方
    法。
  2. 【請求項２】 多層織物層が強化用織物の２枚の重ね合
    わせシートからなる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 強化用織物が炭素繊維からなる請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 織物の重ね合わせシートが、該シートの
    移動を互いに係わって阻止する保持手段によりまとめら
    れる請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 保持手段が織物用ステッチである請求項
    ４記載の方法。
  6. 【請求項６】 多層織物が同一の硬化性樹脂組成物のフ
    ィルム間にサンドイッチされる請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 多層織物が硬化性樹脂組成物の固体フィ
    ルム上に積層され、硬化性樹脂組成物の別のフィルムが
    前記多層織物の上に積層され、そして生成するアセンブ
    リーが圧力下で加熱される請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 硬化性樹脂組成物の連続固体フィルムを
    多層織物の各面に同時に適用し、そして生成するサンド
    イッチを、前記樹脂組成物が多層織物に含浸し凝集硬化
    性構造物を形成するように加熱されたローラー間に通す
    ことによりプレプレグが連続的に製造される請求項１記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 樹脂組成物が織物に含浸するように、サ
    ンドイッチが５０ないし１８０℃の温度で加熱される際
    の請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 温度が７０ないし１４０℃である請求
    項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 サンドイッチが加熱される圧力が１５
    ０ないし１０００ｋＰａである請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 圧力が２００ないし６００ｋＰａであ
    る請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 固体硬化性樹脂組成物により含浸さ
    れ、そして該組成物のマトリックス内に包含された、強
    化用織物の少なくとも２枚の重ね合わせたシートからな
    る多層織物層を含む硬化性プレプレグ。
  14. 【請求項１４】 多層織物層が強化用織物の２枚の重ね
    合わせシートからなる請求項１３記載のプレプレグ。
  15. 【請求項１５】 強化用織物が炭素繊維からなる請求項
    １３記載のプレプレグ。
  16. 【請求項１６】 織物の重ね合わせシートが、該シート
    の移動を互いに係わって阻止する保持手段によりまとめ
    られる請求項１３記載のプレフレグ。
  17. 【請求項１７】 保持手段が織物用ステッチである請求
    項１６記載のプレプレグ。
  18. 【請求項１８】 硬化性樹脂がエポキシ樹脂またはフェ
    ノール−アルデヒドレゾールである請求項１３記載のプ
    レフレグ。
  19. 【請求項１９】 請求項１３記載のプレプレグをそれが
    硬化されるまで加熱することにより得られる硬化された
    繊維強化複合材料。
  20. 【請求項２０】 （Ａ）請求項１３記載のプレプレグの
    ２またはそれ以上の層または（Ｂ）少なくとも１層が請
    求項１３記載のプレプレグからなる、プレプレグの２ま
    たはそれ以上の層、または（Ｃ）少なくとも１層が請求
    項１３記載のプレプレグであり、そして少なくとも１層
    が硬化性樹脂組成物からなる２またはそれ以上の層のア
    センブリーを圧力下で加熱することにより得られる硬化
    された繊維強化複合材料。
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