JPWO2017179666A1 - プリプレグおよび繊維強化複合材料、並びに表面改質強化繊維 - Google Patents
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Abstract
Description
繊維層の厚み方向の体積抵抗率ρ(Ωcm)と、繊維層の厚みt(cm)とプリプレグ表面に形成された導電部の平均間隔L(cm)と、が以下の式(1)を満たすプリプレグである。
t/ρ × 1/L × 100 ≧ 0.5 ・・・式(1)
導電部の平均間隔Lは、0.025cm以上であることが好ましい。
導電部は導電材Aを含んで構成される。また、本発明で用いる強化繊維は、繊維表面に導電材Bが付着した強化繊維であることが好ましい。導電材A及び導電材Bについては後述する。
繊維層が、強化繊維の単繊維間に存在する導電材Bを含んでいることも好ましい。
また、強化繊維と、前記強化繊維の表面に付着する有機金属錯体及び/又は有機金属錯体熱分解物と、から成る表面改質強化繊維を用いることも好ましい。
本発明の表面改質強化繊維は、その表面に有機金属錯体及び/又は有機金属錯体熱分解物が付着しているので高い導電性を有する。この表面改質強化繊維を用いて作製したプリプレグは、高い導電性を備える繊維強化複合材料を製造することができる。
本発明の繊維強化複合材料は、優れた導電性を有し、放電による損傷を抑制できるため、電磁遮蔽、静電気保護、電流リターン、及び導電性が必要な多くの用途に適用できる。
2 繊維層
3 樹脂層
4 導電部
5 導電部の間隔
6 繊維層の厚み(t)
以下、本発明のプリプレグについて説明する。なお、以下の説明において、特に示した場合を除き、体積は25℃における体積を意味する。
本発明のプリプレグは、少なくとも、強化繊維とマトリクス樹脂とからなるプリプレグであって、該強化繊維からなる繊維層の片面または両面に、導電部が形成されているプリプレグである。このプリプレグは、プリプレグの厚み方向の体積抵抗率ρ(Ωcm)と、繊維層の厚みt(cm)と、プリプレグ表面に配置された導電部の平均間隔L(cm)と、が以下の式(1)を満たすプリプレグである。
t/ρ × 1/L × 100 ≧ 0.5 ・・・式(1)
導電部[4]が線状や格子状などの連続配置である場合、導電部[4]の中心点とは線幅の中心点をいう。導電部[4]が点状や島状などの不連続配置である場合、導電部[4]の中心点とは、導電部[4]に外接する最小の外接円の中心点をいう。
導電部[4]が不連続に配置されている場合、その底面の形状に特に制限はなく、円形、楕円形、方形、多角形、星形、不定形等任意の形状とすることができる。また、その大きさは、底面における外接円の直径が0.1μm〜5mmとなることが好ましく、1μm〜1mmとなることがより好ましく、10〜500μmとなることがさらに好ましい。また、各導電部[4]の底面の面積は、0.01〜500,000μm2であることが好ましく、0.1〜100,000μm2であることがより好ましく、1〜10,000μm 2であることがさらに好ましい。
(1−1) 強化繊維
強化繊維として用いられる繊維としては、特に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、鉱物繊維、岩石繊維及びスラッグ繊維などが挙げられる。本発明においては、繊維層の導電性の観点から、導電性繊維であることが好ましい。導電性繊維としては、例えば、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維が挙げられる。また、繊維表面が、例えば金属メッキ処理などの方法により、導電性物質で被覆された強化繊維を用いることもできる。
本発明で導電材Aおよび導電材Bとして用いる導電材としては、電気的に良好な導体として機能する導電物質であれば良く、導体のみに限定されない。好ましくは体積固有抵抗が100〜10−9Ωcmであり、より好ましくは10〜10−9Ωcmであり、さらに好ましくは1〜10−9Ωcmであり、特に好ましくは10−1〜10−9Ωcmである導電物質である。体積固有抵抗が低い方が、得られる複合材料の導電性をより効率よく向上させることができる。
本発明で用いるマトリクス樹脂には特に制限はなく、例えば硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができる。マトリクス樹脂として硬化性樹脂を用いると、高い耐熱性を有する複合材料を製造できるので、好ましい。熱硬化性樹脂としては、耐熱性および機械特性の観点から、熱により架橋反応が進行して、少なくとも部分的に三次元架橋構造を形成する熱硬化性樹脂が好ましい。
[マトリクス樹脂に不溶な粒子]
本発明のマトリクス樹脂組成物には、マトリクス樹脂に不溶な粒子が含まれていてもよい。マトリクス樹脂に不溶な粒子は、プリプレグを製造する際、強化繊維シート表面に残留し、層間粒子となりやすい。この層間粒子は、FRPが受ける衝撃の伝播を抑制する。その結果、得られるFRPの耐衝撃性が向上する。マトリクス樹脂に不溶な粒子としては、無機粒子、ゴム粒子、樹脂粒子などが挙げられる。複合材料の機械特性の観点から、後述のマトリクス樹脂不溶性熱可塑性樹脂からなる粒子であることが好ましい。
マトリクス樹脂として硬化性樹脂を用いる場合は、必要に応じて樹脂を硬化させる硬化剤がマトリクス樹脂組成物に配合されていてもよい。硬化剤としては、マトリクス樹脂を硬化させる公知の硬化剤が用いられる。
マトリクス樹脂として、低粘度の樹脂を用いる場合、樹脂組成物に適切な粘度を与えるために、熱可塑性樹脂を配合してもよい。この樹脂組成物に粘度調節のために配合する熱可塑性樹脂には、最終的に得られる複合材料の耐衝撃性などの機械特性を向上させる効果もある。
マトリクス樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、マトリクス樹脂の硬化温度においてマトリクス樹脂に80質量%以上溶解する樹脂が好ましい。
マトリクス樹脂組成物には、マトリクス樹脂可溶性熱可塑性樹脂の他に、マトリクス樹脂不溶性熱可塑性樹脂を含有していても良い。本発明において、マトリクス樹脂組成物はマトリクス樹脂可溶性熱可塑性樹脂及びマトリクス樹脂不溶性熱可塑性樹脂の両者を含有していることが好ましい。
マトリクス樹脂組成物は、必要に応じて、プリプレグ表面に配置される導電材以外に、繊維層のマトリクス樹脂中などに導電材を含んでいても良い。導電材としては、前述の導電材と同じものを用いることができる。導電材の配合量は、マトリクス樹脂組成物に含まれる主剤樹脂100質量部に対して、0.0001〜20質量部となるように配合することが好ましく、0.0005〜10質量部がより好ましく、0.001〜5質量部が特に好ましい。
マトリクス樹脂組成物は、上記成分以外に、本発明の目的・効果を阻害しない限り、必要に応じて、適宜、酸無水物、ルイス酸、ジシアンジアミド(DICY)やイミダゾール類の如く塩基性硬化剤、尿素化合物、有機金属塩、反応希釈剤、充填剤、酸化防止剤、難燃剤、顔料などの各種添加剤を含むことができる。
(1−5) マトリクス樹脂組成物の製造方法
マトリクス樹脂組成物の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合は、樹脂組成物製造時に適用される混練温度としては、10〜160℃の範囲が例示できる。160℃を超える場合は、エポキシ樹脂の熱劣化や、部分的に硬化反応が開始し、得られる樹脂組成物並びにそれを用いて製造されるプリプレグの保存安定性が低下する場合がある。10℃より低い場合は、エポキシ樹脂組成物の粘度が高く、実質的に混練が困難となる場合がある。好ましくは20〜130℃であり、更に好ましくは30〜110℃の範囲である。
本発明のプリプレグは、マトリクス樹脂組成物を、強化繊維基材を構成する各繊維基材の間隙に含浸させてなる。樹脂の含有率は、プリプレグの全質量を基準として、15〜60質量%であることが好ましい。含有率が15質量%よりも少ない場合は、得られる複合材料に空隙などが発生し、機械特性を低下させる場合がある。含有率が60質量%を超える場合は、強化繊維による補強効果が不十分となり、実質的に質量対比機械特性が低いものになる場合がある。含有率は、好ましくは20〜50量%であり、より好ましくは25〜50質量%である。
本発明のプリプレグは、繊維層の片面または両面に、導電部が形成されている。導電部を形成する方法は、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。具体的には、前述の導電材Aをプリプレグ表面に散布する方法;導電材Aを配置した離型紙、または導電材Aを含んだ樹脂フィルムをプリプレグの表面に貼着する方法;導電材Aを含んで成る導電性ペーストを用いる方法などが挙げられる。
(2−1) 表面改質強化繊維
本発明の表面改質強化繊維は、強化繊維と、この強化繊維の表面に付着する有機金属錯体及び/又は有機金属錯体熱分解物と、から成る。
で表される銀化合物と、
を反応させて得られる有機銀錯体が例示される。
本発明の表面改質強化繊維は、有機金属錯体を含有する水溶液(以下、「錯体水溶液」ともいう)を強化繊維に付着させた後、乾燥することによって製造される。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明のプリプレグを目的に応じて積層し、成形並びに硬化させることで、従来公知の方法により製造することができる。複合材料の製造方法としては、例えば、マニュアルレイアップ、自動テープレイアップ(ATL)、自動繊維配置、真空バギング、オートクレーブ硬化、オートクレーブ以外の硬化、流体援用加工、圧力支援プロセス、マッチモールドプロセス、単純プレス硬化、プレスクレーブ硬化、又は連続バンドプレスを使用する方法が適用される。
[強化繊維基材]
・CF−1:炭素繊維ストランド 「テナックス」 IMS60(商品名)
引張強度:5800MPa、引張弾性率:290GPa、フィラメント数:12000・CF−2:金属被覆炭素繊維ストランド 「テナックス」 HTS40 MC(商品名)
引張強度:2900MPa、引張弾性率:230GPa、被覆金属:ニッケル
[有機金属錯体]
・有機銀錯体ペースト:[インクテックカンパニーリミテッド社製のTEC−PA−010(商品名)]
[エポキシ樹脂組成物]
(エポキシ樹脂)
・グリシジルアミン型エポキシ樹脂 (3官能基) [ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製アラルダイトMY0600(商品名)] (MY0600)
・グリシジルアミン型エポキシ樹脂 (4官能基) [ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製アラルダイトMY721(商品名)] (MY721)
(エポキシ樹脂硬化剤)
・4,4’−ジアミノジフェニルスルホン [和歌山精化社製の芳香族アミン系硬化剤]
(4,4’−DDS)
(熱可塑性樹脂)
・熱可塑性樹脂A
平均粒子径20μmのポリエーテルスルホン [住友化学工業(株)製PES−5003P(商品名)](エポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂)
・熱可塑性樹脂B
平均粒子径20μmのグリルアミド [エムスケミージャパン社製TR−55(商品名)] (エポキシ樹脂に不溶な熱可塑性樹脂)
[導電材料]
(導電性ペースト)
銀ペースト:サンユレック株式会社製エレクトロニクス用導電性接着剤 GA−6278(商品名)(導電材A:銀微粒子(平均粒子径:2μm)、 分散材:エポキシ樹脂、
体積抵抗率:5×10−4Ωcm)
(導電材B)
・銀コートシリカ粒子 TFM S02P(平均粒子径2μm(カタログ値))[東洋アルミニウム(株)製]
・グラファイト BF−3AK(平均粒子径3μm(カタログ値))[株式会社中越黒鉛工業所製]
(1)繊維層の厚み測定
プリプレグをカット後、積層構成[+45/0/−45/90]2Sの積層体を得た。オートクレーブを用い、0.49MPaの圧力下、180℃で120分間の条件で成形した。成型体の断面を、サンドペーパーを用いて、成形物の表面を炭素繊維が露出するまで研磨した。最後に、2000番のサンドペーパーを用いて表面仕上げを行い、試験片を得た。得られた試験片を、顕微鏡で300倍に拡大し、繊維層の厚みを30点測定し、その平均値を繊維層の厚み(t)とした。
本発明において、繊維層および積層体の電気抵抗は、Z方向(厚さ方向)の体積抵抗率を用いて評価した。体積抵抗率とは、所与の材料の固有抵抗である。三次元材料の導電率の測定の単位はオーム−cm(Ωcm)である。材料のZ方向体積抵抗率ρは、通常下式により定義される。
ρ= RA/d
R:試験片の電気抵抗値(デジタルオームメーターで測定)
d:試験片の厚さ(m)
A:試験片の断面積 (m2)
本発明においては、体積抵抗はZ方向にのみ(複合材料の厚み方向)測定する。計算においては厚みが常に考慮されるので、すべての場合において、この値は「体積」抵抗率となる。
1ply(1層)のプリプレグをカット後、オートクレーブを用い、0.49MPaの圧力下、180℃で120分間加熱し成形した。得られた成形物を幅 40mm × 長さ 40mmの寸法に切断し、サンドペーパーを用いて、成形物の表面を炭素繊維が露出するまで研磨した。最後に、2000番のサンドペーパーを用いて表面仕上げを行い、試験片を得た。かかる研磨処理により、プリプレグ表面の樹脂層が除去され、繊維層の厚み方向の体積抵抗率が測定される。得られた試験片を、幅50mm×長さ50mmの金メッキを施した2枚の電極間に挟んだ。
両電極間に0.06MPaの荷重をかけた状態で、デジタルオームメーター(ADEX社製 AX−114N)でZ方向の試験片の抵抗値を測定し、上式から体積抵抗率を求めた。10枚の試験片について抵抗値を測定し、体積抵抗率を算出し、その平均値を用いて評価した。
プリプレグをカット、積層し、積層構成[+45/0/−45/90]2Sの積層体を得た。真空オートクレーブ成形法を用い、0.49MPaの圧力下、180℃で120分間成形した。得られた成形物を幅 40mm × 長さ 40mmの寸法に切断し、サンドペーパーを用いて、成形物の表面を炭素繊維が露出するまで研磨した。最後に、2000番のサンドペーパーを用いて表面仕上げを行い、試験片を得た。得られた試験片を、幅50mm×長さ50mmの金メッキを施した2枚の電極間に挟んだ。
両電極間に0.06MPaの荷重をかけた状態で、デジタルオームメーター(ADEX社製 AX−114N)でZ方向の試験片の抵抗値を測定し、上式から体積抵抗率を求めた。10枚の試験片について抵抗値を測定し、体積抵抗率を算出し、その平均値を用いて評価した。
プリプレグをカット後、更にその両面に樹脂フィルムを積層し、積層体を得た。オートクレーブを用い、0.49MPaの圧力下、180℃で120分間の条件で成形した。成型体の表面を光学顕微鏡で20倍に拡大し観察した。無作為に抽出した1つの導電部を中心にして平面を90度毎4象限に分割し、それぞれの象限毎に最も近い距離にある隣接導電部との距離を測定した。導電部30点に対し同様に4つの隣接導電部との距離を測定し、それらの算術平均値を導電部の平均間隔Lとした。
プリプレグをカット後、積層構成[+45/0/−45/90]3Sの積層体を得た。得られた積層体を360mm×50mmの大きさにカットした後、オートクレーブを用い、0.49MPaの圧力下、180℃で120分間の条件で成形した。
得られた成形板の中央及び両端に電極を通し、中央部の電極から20kAおよび30kAの電流をそれぞれ流し、試験片の側面からの放電による発光の有無を目視にて確認した。
導電性物質付着前の繊維質量(W1)と導電性物質付着後の繊維質量(W2)とを測定し、下式により付着量を算出した。
付着量[質量%] = (W2−W1)÷ W2 × 100
直径50μmのドット(円)状の開孔を幅方向、長さ方向それぞれ0.32cm間隔で格子状に配置させたスクリーン印刷版を用意した。FEPフィルム上にサンユレック株式会社製真空印刷機VPES−HAIVを使用し、導電材Aとして銀微粒子を含む銀ペーストを印刷した。印刷時の圧力は100KPa、クリアランスは1mmであった。印刷後、120℃で120分間乾燥した。印刷後の導電性ペーストの形状は直径40μm、高さ30μmの半球状であった。
ついで、強化繊維ストランドとしてCF−1を導電材Bとして銀コートシリカ粒子を2.5質量%混合した水溶液に浸し、繊維表面に導電材Bを付着させた。強化繊維への導電材付着量は2wt%であった。導電材Bを付着させた強化繊維を一方向に引き揃え、繊維目付け190g/m2の強化繊維基材とした。得られた強化繊維基材の両面に、含浸用樹脂フィルムを貼り合わせ、ホットメルト法により、樹脂組成物を繊維基材に含浸させ一次プリプレグを作製した。得られた一次プリプレグの両面に、導電性ペーストを転写させた表層用樹脂フィルムを、導電性ペーストが繊維基材と接するように貼り合わせプリプレグを作製した。
作製したプリプレグを用いて繊維層の体積抵抗率測定試料を成形し、導電性を評価した。繊維層の体積抵抗率(ρ)は、5Ωcmを示した。また、繊維層の厚みを測定したところ、190μmであった。
実施例1で得られたプリプレグを用いて作製した複合材料(積層体)の評価結果を表1に示した。式(1)の値が、1.19である実施例1では、20kAを付与した際にエッジグロー放電は発生しなかった。
スクリーン印刷版のドットの大きさと間隔を変更し、導電材Aの配合量および繊維層を変更せずに、導電部の直径、導電部間の距離(L)を表1の値とした以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。得られた積層体の評価結果を表1に示した。式(1)の値が、0.5を超える実施例2、3では、いずれも20kAを付与した際にエッジグロー放電は発生しなかった。
一方、同量の導電材Aを添加し、同じ繊維層を用いているにもかかわらず、式(1)の値が、0.25であった比較例1では、20kAの電流によりエッジグロー放電が発生した。
スクリーン印刷版の間隔を変更し、導電部間の距離(L)を表1の値とした以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。得られた積層体の評価結果を表1に示した。式(1)の値が、0.5を超える実施例4,5では、いずれも20kAを付与した際エッジグロー放電は発生しなかった。
一方、式(1)の値が、0.38であった比較例2では、20kAの電流によりエッジグロー放電が発生した。
強化繊維に導電材Bを付着させなかった以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。強化繊維に導電材Bを付着させなかったため、繊維層の体積抵抗率(ρ)は、100Ωcmと実施例1と比べ高くなった。
得られた積層体の評価結果を表1に示した。式(1)の値が、0.06と低い比較例3の積層体では、20kAの電流によりエッジグロー放電が発生した。
強化繊維に付着させた導電材Bの量を0.5質量%に変更した以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。繊維層の体積抵抗率(ρ)は、10Ωcmと実施例1と比べやや高くなった。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、0.59の実施例6の積層体では、20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
強化繊維として、CF−1に変えて金属被覆炭素繊維であるCF−2を用いた以外は比較例3と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。強化繊維として金属被覆炭素繊維を用いたため、繊維層の体積抵抗率(ρ)は、3.5Ωcmと低くなった。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、1.70の実施例7の積層体では、20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
強化繊維に付着させた導電材Bとして、銀コートシリカ粒子に変えてグラファイトを用いた以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。繊維層の体積抵抗率(ρ)は、10Ωcmと実施例1と比べやや高くなった。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、0.59の実施例8の積層体では、20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
強化繊維基材の目付けを変更し、繊維層の厚みを変更した以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、0.5を超える実施例9、10の積層体では、いずれも20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
一方、式(1)の値が、0.47の比較例4の積層体は、CFRPの厚み方向の体積低効率が低いにもかかわらず、20kAの電流でエッジグロー放電が発生した。
実施例1と同様にして導電性ペーストを転写した表層用樹脂フィルム(樹脂目付:10g/m2)を得た。
次いで、新たに、50質量部のMY600と50質量部のMY721に、10質量部の熱可塑性樹脂Aを添加し、120℃で30分間攪拌機を用いて撹拌し、熱可塑性樹脂Aを完全溶解させた後、樹脂温度を80℃以下に冷ました。その後、30質量部の熱可塑性樹脂Bと、10質量部の銀コートシリカ粒子を混練し、さらに4,4’−DDSを45質量部混練して、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製した樹脂組成物を、フィルムコーターを用いて離型紙上に塗布して40g/m2の含浸用樹脂フィルムを作製した。
次いで、強化繊維ストランドとして導電材Bを付着させていないCF−1を一方向に引き揃え、繊維目付け190g/m2の強化繊維基材とした。得られた強化繊維基材の両面に、含浸用樹脂フィルムを貼り合わせ、ホットメルト法により、樹脂組成物を繊維基材に含浸させて一次プリプレグを作製した。得られた一次プリプレグの両面に、導電性ペーストを転写させた表層用樹脂フィルムを、導電性ペーストが繊維基材と接するように貼り合わせプリプレグを作製した。
作製したプリプレグを用いて繊維層の体積抵抗率測定試料を成形し、導電性を評価した。繊維層の体積抵抗率は、10Ωcmを示した。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、0.59である実施例11の積層体では、20kAを付与した際エッジグロー放電は発生しなかった。
混練装置で、エポキシ樹脂である50質量部のMY0600と50質量部のMY721に、可溶性熱可塑性樹脂である10質量部のポリエーテルスルホン5003P(熱可塑性樹脂A)を添加し、120℃で30分間攪拌機を用いて撹拌し、熱可塑性樹脂Aを完全溶解させエポキシ樹脂組成物を調製した。次いで、調製したエポキシ樹脂組成物を、フィルムコーターを用いて離型フィルム上に塗布し、表層用樹脂フィルム(樹脂目付:10g/m2)を得た。導電性ペーストを凍結粉砕し、表層用樹脂フィルムの表面に、散布した。
次いで、実施例1と同様にして含浸用樹脂フィルムおよび強化繊維基材を作製した。得られた強化繊維基材の両面に、含浸用樹脂フィルムを貼り合わせ、ホットメルト法により、樹脂組成物を繊維基材に含浸させ一次プリプレグを作製した。得られた一次プリプレグの両面に、導電性ペーストを散布した表層用樹脂フィルムを、導電性ペーストが繊維基材と接するように貼り合わせプリプレグを作製した。
得られた積層体の評価結果を表2に示した。式(1)の値が、1.19である実施例12の積層体では、20kAを付与した際エッジグロー放電は発生しなかった。
前駆体繊維であるPAN繊維(単繊維繊度1.2dtex、フィラメント数24000)を、空気中250℃で、繊維比重1.35になるまで耐炎化処理を行い、次いで窒素ガス雰囲気下、最高温度500℃で低温炭素化させた。その後、窒素雰囲気下1300℃で高温炭素化させて製造した炭素繊維を、10質量%の硫酸アンモニウム水溶液を用い、20C/gの電気量で電解酸化により表面処理を行い、未サイジング炭素繊維束(引張強度5000MPa、引張弾性率250GPa、炭素含有量98質量%、フィラメント数24000、総繊度1600tex)を得た。
得られた未サイジング表面改質炭素繊維束に、エポキシ系サイジング剤を1.0質量%付着させた。
次いで、得られた炭素繊維束を有機銀錯体水溶液(銀錯体濃度15g/L)の浴中に浸漬させた後、乾燥して表面改質炭素繊維束を作製した。有機銀錯体(分解物含む)の付着量は0.1質量%であった。
その後、この表面改質炭素繊維束を一方向に引き揃え、表面改質炭素繊維基材(目付:190g/m2)を作製した。
混練装置で、50質量部のMY600と50質量部のMY721に、10質量部の熱可塑性樹脂を添加し、120℃で30分間攪拌機を用いて撹拌し、熱可塑性樹脂を完全溶解させた後、樹脂温度を80℃以下に冷ました。その後、4,4’−DDSを45質量部混練して、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製した樹脂組成物を、フィルムコーターを用いて離型紙上に塗布して50g/m2のマトリクス樹脂フィルムを作製した。
表面改質炭素繊維基材の両面に、マトリクス樹脂フィルムを貼り合わせ、ホットメルト法により、樹脂組成物を強化繊維基材に含浸させ、プリプレグを作製した。
作製したプリプレグを用いて体積抵抗率測定試料を成形し、繊維強化複合材料の導電性を評価した。得られた繊維強化複合材料の電気抵抗は、1.6Ω・cmであった。
有機銀錯体水溶液の銀錯体濃度を変更して表3に記載するとおりの付着量を有する表面改質炭素繊維束を作製した他は、実施例13と同様の方法でプリプレグ及び繊維強化複合材料を作製し、導電性を評価した。
参考例1では、以下の手法により、実施例14と同量の有機金属錯体を炭素繊維束に付着させるのに変えて、マトリクス樹脂組成物に混合してプリプレグを得た。
実施例13と同様の方法で未サイジング炭素繊維束を作製した。
得られた未サイジング炭素繊維束に、エポキシ系サイジング剤を1.0質量%付着させた後、一方向に引き揃え、導電性物質の付着していない炭素繊維基材(目付:190g/m2)を作製した。
混練装置で、50質量部のMY600と50質量部のMY721に、10質量部の熱可塑性樹脂、有機銀錯体0.2質量部を添加し、120℃で30分間攪拌機を用いて撹拌し、熱可塑性樹脂を完全溶解させた後、樹脂温度を80℃以下に冷ました。その後、4,4’−DDSを45質量部混練して、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製した樹脂組成物を、フィルムコーターを用いて離型紙上に塗布して50g/m2のマトリクス樹脂フィルムを作製した。
炭素繊維基材の両面に、マトリクス樹脂フィルムを貼り合わせ、ホットメルト法により、樹脂組成物を強化繊維基材に含浸させ、プリプレグを作製した。プリプレグ中の炭素繊維の質量に対する有機金属錯体の添加量は表3に示した。
作製したプリプレグを用いて体積抵抗率測定試料を成形し、繊維強化複合材料の導電性を評価した。評価結果は表1に示した。
強化繊維ストランドとして、実施例13で得られた表面改質強化繊維を用いた以外は実施例1と同様にして同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。繊維層の体積抵抗率(ρ)は、前述の通り1.6Ωcmと実施例1と比べ低い。
得られた積層体の評価結果を表4に示した。式(1)の値が、3.7の実施例15の積層体では、20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
強化繊維ストランドとして、実施例14で得られた表面改質強化繊維を用いた以外は実施例1と同様にして同様にしてプリプレグおよび積層体を作製した。繊維層の体積抵抗率(ρ)は、前述の通り2.3Ωcmと実施例1と比べ低い。
得られた積層体の評価結果を表4に示した。式(1)の値が、2.6の実施例16の積層体では、20kAの電流ではエッジグロー放電は発生しなかった。
Claims (13)
- 少なくとも、強化繊維と、マトリクス樹脂と、からなるプリプレグであって、
強化繊維からなる繊維層の片面又は両面に、導電部が形成されてなり、
繊維層の厚み方向の体積抵抗率ρ(Ωcm)と、前記繊維層の厚みt(cm)と、プリプレグ表面に配置された前記導電部の平均間隔L(cm)と、が以下の式(1)
t/ρ ×1/L × 100 ≧ 0.5 ・・・式(1)
を満たすことを特徴とするプリプレグ。 - 前記体積抵抗率ρが50Ωcm以下である請求項1に記載のプリプレグ。
- 前記平均間隔Lが0.025cm以上である請求項1又は2に記載のプリプレグ。
- 前記強化繊維が、繊維表面に導電材Bが付着してなる強化繊維である請求項1〜3のいずれか1項に記載のプリプレグ。
- 前記繊維層が、少なくとも強化繊維と、強化繊維の単繊維間に存在する導電材Bとからなる繊維層である請求項1〜4のいずれか1項に記載のプリプレグ。
- 少なくとも、強化繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維強化複合材料であって、
強化繊維からなる繊維層が積層されてなる層間に、導電部が形成されてなり、
前記繊維層の厚み方向の体積抵抗率ρ(Ωcm)と、前記繊維層の厚みt(cm)と、同一層間における前記導電部の平均間隔L(cm)と、が式(1)
t/ρ × 1/L × 100 ≧ 0.5 ・・・式(1)
を満たすことを特徴とする繊維強化複合材料。 - 強化繊維と、
前記強化繊維の表面に付着する有機金属錯体及び/又は有機金属錯体熱分解物と、
から成ることを特徴とする表面改質強化繊維。 - 前記有機金属錯体が、有機銀錯体である請求項7に記載の表面改質強化繊維。
- 前記有機金属錯体及び/又は有機金属錯体熱分解物の付着量が、前記強化繊維の質量に対して1質量%未満である請求項7又は8に記載の表面改質強化繊維。
- 有機金属錯体を含有する水溶液を強化繊維に付着させた後、乾燥することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の表面改質強化繊維の製造方法。
- 請求項7〜9のいずれか1項に記載の表面改質強化繊維から成る強化繊維層と、
前記強化繊維層に含浸したマトリクス樹脂組成物と、
を含んで成ることを特徴とするプリプレグ。 - 導電性物質が付着して成る表面改質強化繊維から成る強化繊維層と、
マトリクス樹脂組成物と、
から成る繊維強化複合材料であって、
前記導電性物質の付着量が前記表面改質強化繊維の質量に対して8質量%未満であり、
前記強化繊維層に対して垂直方向への体積抵抗率が8Ω・cm以下であることを特徴とする繊維強化複合材料。 - 前記強化繊維が、請求項7〜9のいずれか1項に記載の表面改質強化繊維である請求項1に記載のプリプレグ。
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