JPH06240021A - プリプレグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 補強繊維のストランドをニッティング成形し
てなる略等方性のストランドマットに、熱硬化性樹脂を
含浸し、半硬化させてなることを特徴とするプリプレ
グ。 【効果】 本発明のプリプレグは、略等方性で、強度・
弾性率等の力学的特性に優れ、ある程度の厚みがあって
も柔軟で、優れた型沿い性、保形性を示す。従って、積
層作業を簡略化し、かつ補強効果の大きい成形品を容易
に得つことができ、多大な工業的利益を提供するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリプレグに関するもの
である。プリプレグは、繊維強化プラスチックの成形用
として利用できる。具体的には宇宙航空用の成形品、軽
量車両の車体、軽量船舶の船体、機械工業の部品等に用
いることができる。

【０００２】

【従来の技術】補強繊維が一方向（Ｕｎｉ Ｄｉｒｅｃ
ｔｉｏｎ）に引き揃えられたＵＤプリプレグは公知であ
り、すでに工業的に利用されている。しかしながらＵＤ
プリプレグは、繊維と直角方向には補強効果がないた
め、実用上は、複数のプリプレグを何回も積層すること
によりどの方向にも補強効果が現れる様にしている。

【０００３】積層回数を減らすべく、補強繊維を互いに
直行する繊維の織物や、０°、６０°、−６０°の疑似
等方配向の三軸織物の形態としたプリプレグも知られて
いる。また、ランダム配向のウェブのプリプレグも公知
である。工業的に広く応用されているプリプレグとして
は、ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏ
ｕｎｄ）があり、これはランダムなチョップドストラン
ドに熱硬化性樹脂を含浸したものであり、型内で圧縮成
形することにより成形される。

【０００４】一方、ランダム配向の繊維強化プラスチッ
ク成形品を製造する場合に、プリプレグを経ない方法と
して、いわゆるハンドレイアップ成形がある。これは繊
維マットに液状未硬化の不飽和ポリエステルを含浸しな
がら成形型に沿わせる方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＵＤプリプレグは複数
方向への補強効果を得ようとすると積層する必要があ
り、作業が煩雑である。補強繊維が織物であるプリプレ
グは、織物の作成自体にかなりの労力がかかる上、等方
性に近づけようとして補強繊維の方向を増やすほど織物
の柔軟性が失われ、成形型への型沿い性が不十分とな
り、また、織物の織り目に形成される空間が大きく、該
空間に樹脂溜まりが発生しやすい。ランダム配向のウェ
ブのプリプレグは、曲面に沿わすときウェブが変形しに
くいのでたわみやつっぱりが起こり、所望の成形品を精
度よく得るのが難しい。この傾向はウェブを厚くする程
顕著となり、極端な場合、型に沿わす段階でプリプレグ
に裂け目ができてしまう。ＳＭＣの成形には通常５０ｋ
ｇ／cm²程度の高い圧力で、圧縮成形する必要があるの
で、型費が非常に高く、また、圧縮成形時に必要な流動
性を確保するには繊維の体積含量は約２０％程度が限界
であり、高い補強効果が必要とされる用途には用いるこ
とができない。

【０００６】ハンドレイアップ法は、所要厚みを得るた
めに、何度も積層する必要があるほか、スチレンモノマ
ーの飛散により作業環境が劣悪である。また手作業で樹
脂を含浸するのでＳＭＣと同様に繊維体積含量は約２０
％と小さくならざるを得ず、補強効果が十分でない場合
がある。即ち、本発明の目的は、略等方性で、強度・弾
性率等の力学的特性に優れ、ある程度の厚みがあっても
柔軟性、保形性を失わず、型沿い性に優れたプリプレグ
を提供することにある。本発明の他の目的は、煩雑な積
層作業を最小限にとどめ、また、従来のハンドレイアッ
プ法の作業環境の劣悪さを解消することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、補強繊維のストラン
ドをニッティング成形してなる略等方性のストランドマ
ットは、ある程度の厚みがあっても樹脂含浸時または成
形時に必要な柔軟性、保形性に優れ、かかるストランド
マットに、熱硬化性樹脂を含浸し、半硬化させてプリプ
レグとしたところ、略等方性で、強度・弾性率等の力学
的特性に優れ、ある程度の厚みがあっても柔軟で、優れ
た型沿い性、保形性を示すことを見出し本発明に到達し
た。

【０００８】即ち、本発明の要旨は、補強繊維のストラ
ンドをニッティング成形してなる略等方性のストランド
マットに、潜在性硬化剤を含む熱硬化性樹脂を含浸し、
半硬化させてなることを特徴とするプリプレグに存す
る。

【０００９】

【作用】以下、本発明をより詳細に説明する。本発明で
用いる補強繊維の材質は、通常プリプレグに用いられる
補強繊維であれば特に限定されず、ガラス繊維、炭素繊
維、アラミド繊維、などが使用でき、所望の力学的特性
や、価格を考慮して選択すればよい。

【００１０】補強繊維は、複数本、より好ましくは１０
〜１００００本収束させてストランドとしてニッティン
グ成形してマット化する。ストランドを構成する補強繊
維の長さは、平均１〜２０ｃｍ程度が好ましいがこれに
限定されない。繊維が１ｃｍ以上であれば、マットの形
状を保持するのが容易であり、一方、２０ｃｍ以下であ
れば、型沿い性が良好である。より好ましい範囲は、
２．５〜１５ｃｍである。 ニッティング成形とは、略
ランダムに配置された多数のストランドのマット状集合
体に、別のストランドを規則的に縫い込んで成形し、ス
トランドマットとすることである。ストランドのマット
状集合体としては、均一に分散された等方性の集合体が
最も好ましいが、疑似等方配向（０°、６０°、−６０
°； ０°、＋４５°、−４５°、９０°）を形成させ
た集合体でもよい。疑似等方配向を形成させるには、一
方向に配向させたストランドのマット状集合体を、スト
ランドの配向方向を変えて複数枚積層する等の方法が考
えられる。

【００１１】ニッティング用のストランドは、ストラン
ドマットを形成する他のストランドと同じでもよいが、
経済性の点から、例えば、ポリエステル繊維の様な有機
の合成繊維を用いるのが好ましい。ニッティング用スト
ランドを構成するモノフィラメントの収束本数は、多い
方が型沿い性がより良好となり、少ない方が繊維の分散
がより均一となるので、通常、１０〜１００００本程
度、より好ましくは５０〜１０００本である。ニッティ
ング用ストランドの形状は繊維含量を高めるため平板状
がよい。

【００１２】ニッティングの方向は通常一方向だけだ
が、二方向でも、疑似等方配向（０°、６０°、−６０
°； ０°、＋４５°、−４５°、９０°）としてもよ
い。ニッティング用ストランドの間隔は、マットの保形
性向上に寄与する程度以上であれば特に限定されない
が、通常１〜５０ｍｍ程度、より好ましくは２〜３０ｍ
ｍ程度である。

【００１３】ストランドをニッティング成形してなるマ
ットとしては、具体的には、ブランズウィック・テクノ
ロジーズ社製「コフィルマット」シリーズ、即ち、「Ｍ
−６００」，「Ｍ−９００」，「Ｍ−１２００」，「Ｍ
−１５００」および「Ｍ−１８００」ならびに同社の
「バイテックスＱ」等が挙げられる。熱硬化性樹脂とし
ては、通常のプリプレグ用熱硬化性樹脂が使用可能であ
る。プリプレグとは、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸
し、いわゆるＢ−ステージの状態まで半硬化させたもの
であって、保存温度（通常は常温）では長時間にわたっ
て硬化せず、加熱によって完全硬化するものを指す。プ
リプレグに要求される特性には、シェルフライフ、タッ
ク性等があり、これらは熱硬化性樹脂の種類に依存す
る。シェルフライフとは、プリプレグが半硬化状態で柔
軟性、型沿い性を維持し、使用可能な期間のことであっ
て、常温では通常１０日〜１年であり、２〜６ケ月程度
が実用的である。タック性は、粘着性であり、型沿い性
とも関連し、適当な範囲が存在する。これらを満足する
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、ビニルエステル樹脂等が挙げられ、エポキシ樹脂
が最も好ましい。

【００１４】これらの熱硬化性樹脂は、必要に応じ、公
知の方法によりプリプレグとして要求されるシェルフラ
イフ、タック性等の物性を所望の範囲に調整することが
好ましい。例えば、エポキシ樹脂の場合には、潜在性硬
化剤を用いるのが好ましい。潜在性硬化剤とは、常温で
は作用せず、少なくとも若干の加熱より初めて作用する
硬化剤のことであって、具体的には、テトラグリシジル
アミノジフェニルメタンにはジアミノジフェニルスルホ
ン、エピビス型エポキシ樹脂にはＢＦ₃ 化合物等を用い
るとよく、これらの組合せは、３５０°Ｆで硬化するこ
とが知られている。また、２５０°Ｆ硬化タイプのエポ
キシ樹脂組成物として、エピビス型エポキシ樹脂とジシ
アンジアミドまたはジクロロフェニルジメチルウレア、
エピビス型エポキシ樹脂とイミダゾールの組合せ等が知
られている。

【００１５】ストランドマットへの熱硬化性樹脂の含浸
方法としては、溶媒を使用する方法、メルト法等があ
り、いずれも常法に従えばよい。半硬化の方法も常法に
従えばよく、特に限定されない。通常、熱硬化性樹脂の
完全硬化温度以下の温度、具体的には６０〜１５０℃、
より好ましくは８０〜１４０程度で加熱するが、含浸を
溶媒法で行なった場合には、若干の加熱で溶媒を除去す
るだけでもよい。

【００１６】補強繊維の単位面積当たりの重量（ＦＡ
Ｗ）が大きいことは、プリプレグの１プライ当たりの厚
みが大きいことを意味し、その場合積層回数が少なくて
済む。逆にＦＡＷが小さいとプリプレグ１プライ当たり
の厚みが小さくなるが、型沿い性は向上する。従って本
発明プリプレグのＦＡＷは用途に応じて適宜調節すれば
よいが、通常５００〜５０００ｇ／cm²、より好ましく
は１０００〜３０００ｇ／cm²である。

【００１７】繊維の体積含量は大きい方が補強効果が大
きいが、あまりに大き過ぎると、ランダム配向の繊維の
からみあいによるスプリングバック性のため型沿い性が
悪くなったり、成形時にボイドの発生などの成形不良が
発生し易くなるので、３０〜６０％が好ましい。本発明
プリプレグは、略等方性で、保形性、型沿い性を保ちつ
つ、従来品より厚いプリプレグとすることができ、０．
１ｍｍから、最大５ｍｍ程度の厚みのものまで得ること
ができるが、積層回数を少なくてすみ、且つ成形が容易
である点で、厚みは０．５〜４ｍｍ程度とするのが好ま
しい。

【００１８】

【実施例】補強繊維のマットとしては、ブランズウィッ
ク・テクノロジーズ社製のコフィルマット「Ｍ−１５０
０」を用いた。このマットは長さ５ｃｍのガラス繊維が
約１００本収束されたストランドがランダムに分散して
おり、ポリエステル繊維でニッティングされている。ニ
ッティング繊維間の間隔は約４ｍｍである。ＦＡＷは１
４５０ｇ／m²であった。

【００１９】熱硬化性樹脂としては、２５０°Ｆ硬化タ
イプのエポキシ樹脂（（株）化成コンポジット社製「９
４８Ａ２」）を用い、メチルエチルケトンを溶媒として
使用し、浸漬含浸を行なった。含浸後、真空中で４０℃
で２４時間かけて脱溶媒を行い、プリプレグを得た。ガ
ラス重量含量は６３ｗｔ％であり、体積含量として４５
ｖｏｌ％であった。このプリプレグ（大きさ５０ｃｍ×
５０ｃｍ）１プライを用いて成形性を確認した。

【００２０】先端が曲率半径１００ｍｍの山型をしたオ
スの成形型にはりつけた。若干のプリプレグのたるみが
生じたので、約８０℃の温風であたため、樹脂を柔らか
くして型に沿わせた。作業環境は臭いなく、また手にべ
とつくこともなく、極めて清潔であった。ついで、ＦＥ
Ｐフィルム、ブリーザー、ナイロンフィルムで覆い、端
はシーラントテープでとめ真空バッグを作成した。型ご
とオーブン中にいれ、真空ポートを介して真空に引き、
バキュームバッグ成形を行なった。１２０℃、２時間で
外観の良好な成形品を得た。ガラス繊維の体積含量は４
８ｖｏｌ％であり、成形品の厚みは１．２ｍｍであっ
た。

【００２１】

【発明の効果】本発明のプリプレグは、略等方性で、強
度・弾性率等の力学的特性に優れ、ある程度の厚みがあ
っても柔軟で、優れた型沿い性、保形性を示す。従っ
て、積層作業を簡略化し、かつ補強効果の大きい成形品
を容易に得つことができ、多大な工業的利益を提供する
ものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強繊維のストランドをニッティング成形
   してなる略等方性のストランドマットに、熱硬化性樹脂
   を含浸し、半硬化させてなることを特徴とするプリプレ
   グ。
2. 【請求項２】前記ストランドが、長さ１〜２０ｃｍの補
   強繊維が複数本収束されたストランドである請求項１記
   載のプリプレグ。
3. 【請求項３】補強繊維の体積含量が３０〜６０％である
   請求項１または２記載のプリプレグ。
4. 【請求項４】前記ストランドを構成するモノフィラメン
   トの収束数が１０〜１００００本である請求項１ないし
   ３のいずれかに記載のプリプレグ。
5. 【請求項５】補強繊維の単位面積当たりの重量が５００
   〜５０００ｇ／m²である請求項１乃至４のいずれかに記
   載のプリプレグ。