KR102362050B1

KR102362050B1 - 프리프레그 적층체, 섬유 강화 복합 재료 및 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법

Info

Publication number: KR102362050B1
Application number: KR1020197010515A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 하타나카; 노리오 나카가와; 히데키 누데시마; 히데히로 다케모토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2022-02-11
Also published as: EP3533575A1; US20190248107A1; CN109952182A; EP3533575B1; KR20190071696A; TWI754688B; TW201819166A; WO2018079475A1; EP3533575A4; US11001033B2; JPWO2018079475A1

Abstract

본 발명은 우수한 의장면을 갖춘 섬유 강화 복합 재료와 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법 및 그것에 적합하게 사용되는 프리프레그 적층체를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 적어도 수지를 강화 섬유에 함침시킨 프리프레그 [a] 및 수지가 미함침된 기재 [b]를 포함하고, 상기 프리프레그 [a] 중 프리프레그 [a]가 적어도 2매 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖고, 상기 기재 [b]의 양측이 상기 프리프레그 [a]로 샌드위치된 구조를 포함하는, 프리프레그 적층체이다.

Description

프리프레그 적층체, 섬유 강화 복합 재료 및 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법

본 발명은, 섬유 강화 복합 재료, 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법 및 그것에 적합하게 사용되는 프리프레그 적층체에 관한 것이다.

섬유 강화 복합 재료는, 강도, 강성 및 도전성 등이 우수한 점에서 유용하다. 항공기 구조 부재, 풍차의 날개, 자동차의 외장재, 자동차의 내장재, 및 IC 트레이나 노트북 컴퓨터의 케이싱 등 컴퓨터 용도 등에 널리 전개되며, 그 수요는 해마다 증가하고 있다.

섬유 강화 복합 재료는, 예를 들어 강화 섬유와 수지를 필수 구성 요소로 하는 프리프레그를 성형하여 이루어지는 재료이다. 이 재료를 사용한 경우, 성형 전이나 성형 중에 프리프레그의 수지 부분에 공기나 휘발 성분이 잔존해 있으면 얻어지는 섬유 강화 복합 재료는 표면에 핀 홀이나 내부에 보이드가 발생하는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 프리프레그에서 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 표면의 핀 홀이나 내부의 보이드를 저감시키는 것을 목적으로, 다양한 기술이 제안되어 있다.

그 중 하나로, 강화 섬유에 수지를 함침시킨 프리프레그층 사이에, 수지가 미함침된 기재를 개재 장착해서 프리프레그 적층체를 성형하는 것이 제안되어 있다. 예를 들어, SMC(Sheet Molding Compound) 성형 재료와 수지가 함침되어 있지 않은 부직포를 프레스 성형하여, 섬유 강화 복합 재료를 부여하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또 다른 하나로, 강화 섬유에 폴리프로필렌 등의 수지를 함침시킨 프리프레그의 재료간에 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 매트를 적층시켜서 성형한 섬유 강화 수지 성형품의 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).

이들 기술에서는, 유동성에 기인하는 섬유의 굴곡이 억제되고, 그 결과 SMC 성형품의 표면에 요철의 발생을 억제할 수 있었다. 그 결과 섬유 강화 복합 재료의 표면 평활화나, 적층 성형 시에 수지만의 층이 없게 되어, 적층 사이가 강도적으로 강해짐으로써 섬유 강화 복합 재료의 박리 강도를 향상시킬 수는 있었다. 그러나, 섬유 강화 복합 재료의 표면에 디자인을 실시해도 원하는 디자인은 얻을 수 없었다. 이하, 디자인을 가할 섬유 강화 복합 재료의 표면을 의장면이라고 한다.

일본특허공개 제2008-246981호 공보 일본특허공개 평5-269909호 공보

본 발명의 목적은, 우수한 의장면을 갖춘 탄소 섬유 강화 복합 재료를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 양태를 개시한다.

먼저, 프리프레그 적층체로서 이하의 발명을 개시한다.

(1) 수지가 강화 섬유에 함침되어 있는 프리프레그 [a] 및 수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]를 포함하고,

상기 프리프레그 [a] 중 프리프레그 [a]가 적어도 2매 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖고,

상기 기재 [b]의 양측이 상기 프리프레그 [a]로 샌드위치된 구조를 포함하는, 프리프레그 적층체.

그리고, 상기 발명의 바람직한 형태로서, 이하의 것이 있다.

(2) 상기 프리프레그 적층체의 적어도 한쪽 표면이 의장면이며, 상기 기재 [b]가 상기 의장면측에서부터 2층째 또는 3층째에 적층된, 상기 프리프레그 적층체.

(3) 상기 프리프레그 적층체의 적어도 한쪽 표면이 의장면이며, 상기 의장면측의 최외층부터 순서대로, 프리프레그 [a], 기재 [b] 및 2매 이상의 프리프레그 [a]가 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖는, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

(4) 상기 기재 [b]의 단위면적당 중량이 5 내지 100g/㎡인, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

(5) 상기 기재 [b]의 두께가 0.1 내지 1.5㎜인, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

(6) 상기 기재 [b]가, 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함하고, 그 섬유가 불연속인, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

(7) 하기에서 정의되는 프리프레그 구조체 [a1]의 두께가, 하기에서 정의되는 프리프레그 [a2] 1매의 두께의 0.2 내지 9배인, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

프리프레그 구조체 [a1]: 상기 기재 [b]의 한쪽 면에 적층되어 있는 것으로서, 상기 프리프레그 [a]가 2매 이상 연속해서 적층되어 있는 상기 프리프레그 [a]를 포함하는 구조체

프리프레그 [a2]: 상기 기재 [b]의 다른 쪽 면에 적층되어 있는 프리프레그 [a](단 상기 프리프레그 [a]가 적층되어 있는 경우에는 프리프레그 [a]의 적층체)

(8) 상기 기재 [b]의 두께가, 하기에서 정의되는 프리프레그 구조체 [a1]의 두께의 0.1 내지 3.0배인, 상기 어느 것의 프리프레그 적층체.

그리고, 섬유 강화 복합 재료로서 이하의 발명을 개시한다.

(9) 상기 어느 것의 프리프레그 적층체를 사용한 섬유 강화 복합 재료로서, 상기 프리프레그 [a]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율을 VfA, 상기 기재 [b]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율을 VfB라 하면, VfA>VfB의 관계를 갖는, 섬유 강화 복합 재료.

그리고 상기 발명의 바람직한 형태로서 이하의 것이 있다.

(10) 섬유 강화 복합 재료층 [B]가 수지를 함유하고 있고, 함침되어 있는 수지가, 상기 프리프레그 [a]에 함침되어 있던 수지인, 상기 섬유 강화 복합 재료.

(11) 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율이 40% 이하인, 상기 어느 것의 섬유 강화 복합 재료.

(12) 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B] 양측에 존재하는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율이 각각 55% 이상인, 상기 어느 것의 섬유 강화 복합 재료.

(13) 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 함유율이 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 보이드 함유율보다 높은, 상기 어느 것의 섬유 강화 복합 재료.

(14) 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]에 포함되는 보이드가, 상기 프리프레그 적층체의 적층 방향을 따른 절단면에 있어서, 절단면의 중앙 부분에 80 내지 100% 분포되어 있는, 상기 어느 것의 섬유 강화 복합 재료.

또한 본 발명은, 이하의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법을 개시한다.

(15) 상기 어느 것의 프리프레그 적층체를 가열 및 가압하여 성형하는 공정을 갖는, 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.

섬유 강화 복합 재료의 제조 방법의 바람직한 형태로서 이하의 것이 있다.

(16) 상기 성형시키는 공정에 있어서, -80㎪ 이하(게이지압)의 압력으로 행하는 공정을 더 포함하는, 상기 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.

(17) 가열 및 가압하는 공정에 있어서, 프리프레그 [a]에 포함되는 수지가 기재 [b]에 함침되어 가는 것인, 상기 어느 것의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 우수한 의장면을 갖는 섬유 강화 복합 재료가 얻어진다.

도 1은 본 발명에 일 실시 형태에 따른 프리프레그 적층체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 프리프레그 적층체의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 프리프레그 적층체의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 프리프레그 적층체의 모식도이다.

이하, 실시 형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 또한, 본 발명은 도면이나 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 관한 프리프레그 적층체는, 수지가 강화 섬유에 함침되어 있는 2매 이상의 프리프레그 [a] 및 수지가 함침되어 있지 않은 1매 이상의 기재 [b]를 포함하는 프리프레그 적층체이다. 그리고 그 적층체는 수지를 강화 섬유에 함침시킨 프리프레그 [a]가 적어도 2매 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖고, 기재 [b]의 양측이 프리프레그 [a]로 샌드위치된 구성을 포함한다.

도 1에 도시하는 프리프레그 적층체(10)는, 기재 [b](3)의 양측에 프리프레그 [a]를 배치하여, 기재 [b](3)를 샌드위치하고 있다. 기재 [b](3)의 상측에는 프리프레그 [a](2a2) 및 또 그 위에 프리프레그 [a](2a1)가 있다. 이와 같이 인접한 배치의 경우, 「연속적으로」라고 할 수 있다. 또한 기재 [b](3)의 하측에는 프리프레그 [a](2b1)가 있다. 프리프레그 [a](2b1)의 표면은 의장면(1)으로 되어 있다.

프리프레그 적층체(10)를 프레스 등에 의해 압축 성형할 때, 프리프레그 [a]에 함침되어 있는 수지가, 기재 [b](3)로 이동하여, 기재 [b](3)가 포함하는 섬유 사이로 함침된다. 프리프레그 [a](2a1) 및 프리프레그 [a](2a2), 모두 2층 연속해서 적층되어 있음으로써, 가열, 가압해서 섬유 강화 복합 재료를 제조할 때, 이들 프리프레그 [a]로부터 기재 [b](3)로 수지가 함침되고, 또 한편으로 의장면을 갖는 프리프레그 [a](2b1)에 포함되는 수지와 함께, 이 프리프레그 [a]에 포함되는 공기나 휘발 성분이 기재 [b](3)로 옮겨감으로써, 우수한 의장면(1)을 갖는 섬유 강화 복합 재료를 얻을 수 있다.

본 발명에 사용되는 프리프레그 [a]는, 적어도 강화 섬유와 수지를 포함하고 있다.

프리프레그 [a]에 사용되는 강화 섬유로서는, 특별히 제한은 없지만, 이하의 것을 들 수 있다.

알루미늄 섬유, 황동 섬유, 스테인리스 섬유 등의 금속 섬유;

PAN계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유, 리그닌계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유의 탄소 섬유;

흑연 섬유; 유리 섬유;

아라미드 섬유, PBO 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유 등의 유기 섬유;

실리콘 카바이트 섬유, 실리콘 나이트라이드 섬유 등의 무기 섬유.

또한, 이들 섬유에 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 된다. 표면 처리로서는, 도전체로서 금속의 피착 처리 외에, 커플링제에 의한 처리, 사이징제에 의한 처리, 결속제에 의한 처리, 첨가제의 부착 처리 등이 있다.

이들 강화 섬유는 1종류를 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 경량화 효과의 관점에서, 비강도, 비강성이 우수한 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다.

또한, 얻어지는 적층체의 경제성을 높이는 관점에서는, 비교적 저렴한 유리 섬유가 바람직하게 사용된다. 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다.

또한, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 충격 흡수성이나 적층체의 부형성을 높이는 관점에서는, 아라미드 섬유도 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 충격 흡수성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다.

또한, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 도전성을 높이는 관점에서는, 니켈이나 구리나 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서 강도와 탄성률 등의 역학적 특성이 우수한 PAN계 탄소 섬유를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.

강화 섬유의 형태에 대해서는, 연속, 불연속의 형태는 불문이다. 연속한 형태의 것이면 그 배열은 불문이다. 단지 경량이며 내구성이 보다 높은 수준에 있는 섬유 강화 복합 재료를 얻기 위해서는, 강화 섬유가, 일방향으로 가지런한 장섬유, 직물, 토 및 로빙 등 연속 섬유의 형태인 것이 바람직하다.

직물의 조직으로서는, 평직, 능직, 수자직 등을 들 수 있다.

불연속 형태의 것이면, 섬유 길이로서는 15㎜ 미만인 강화 섬유가 필러로서 혼련이 용이하게 되는 관점에서 바람직하다.

또한, 프리프레그 [a]에 사용되는 수지로서는, 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 열경화성 수지, 열가소성 수지를 들 수 있다.

열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 벤조옥사진 수지, 폴리이미드 수지, 옥세탄 수지, 말레이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 등의 열경화성 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들은, 2종 이상을 블렌드한 수지 등을 적용해도 된다. 이 중에서도, 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지가 적층체의 역학 특성, 내열성의 관점에서 바람직하다. 특히, 에폭시 수지는, 적층체의 역학 특성이나, 내열성에 더하여 취급성의 관점에서 보다 바람직하다. 에폭시 수지는, 그 우수한 역학 특성을 발현하기 때문에, 사용하는 수지의 주성분으로서 포함되는 것이 바람직하고, 구체적으로는 수지 조성물당 60질량% 이상 포함되는 것이 바람직하다.

에폭시 수지는, 아민류, 페놀류, 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물을 전구체로 하는 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다.

에폭시 수지의 경화제로서는, 에폭시기와 반응할 수 있는 활성기를 갖는 화합물이면 이것을 사용할 수 있다. 경화제로서는, 아미노기, 산 무수물기 및 아지드기를 갖는 화합물이 적합하다. 경화제로서는, 예를 들어 디시안디아미드, 디아미노디페닐메탄이나 디아미노디페닐술폰의 각종 이성체, 아미노벤조산 에스테르류, 각종 산 무수물, 페놀노볼락 수지, 크레졸노볼락 수지, 폴리페놀 화합물, 이미다졸 유도체, 지방족 아민, 테트라메틸구아니딘, 티오요소 부가 아민, 메틸헥사히드로프탈산 무수물과 같은 카르복실산 무수물, 카르복실산히드라지드, 카르복실산아미드, 폴리머캅탄 및 3불화붕소에틸아민 착체와 같은 루이스산 착체 등을 들 수 있다. 이들 경화제는, 단독으로 사용해도 되고 병용해도 된다.

방향족 디아민을 경화제로서 사용함으로써, 내열성이 양호한 경화 수지가 얻어진다. 특히, 디아미노디페닐술폰의 각종 이성체는, 내열성이 양호한 경화 수지를 얻기 위해서 가장 적합하다. 방향족 디아민의 경화제로서의 첨가량은, 화학양론적으로 당량이 되도록 첨가하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라, 예를 들어 당량비 0.7 내지 0.8 부근으로 함으로써 고탄성율의 경화 수지가 얻어진다.

또한, 디시안디아미드와, 요소 화합물, 예를 들어 3,4-디클로로페닐-1,1-디메틸우레아와의 조합, 혹은 이미다졸류를 경화제로서 사용함으로써, 비교적 저온에서 경화하면서 높은 내열 내수성이 얻어진다. 산 무수물을 사용해서 경화하는 것은, 아민 화합물 경화에 비해 흡수율이 낮은 경화 수지를 부여한다. 그 밖에, 이들 경화제를 잠재화한 것, 예를 들어 마이크로 캡슐화한 것을 사용할 수 있다.

에폭시 수지용 경화제 중에서도, 디시안디아미드와 요소 화합물의 조합이, 145℃ 이상의 온도에서 10분 이내에 경화하는 것이 가능하기 때문에, 바람직하게 사용된다.

또한, 이들 에폭시 수지 및 경화제만의 조성에 한하지 않고, 그들 일부를 예비 반응시킨 물을 조성물 중에 배합할 수도 있다. 이 방법은, 점도 조절이나 보존 안정성 향상에 유효한 경우가 있다.

상기 열경화성 수지에, 열가소성 수지를 용해해서 사용하는 것도 적합하다. 이러한 열가소성 수지로서는, 일반적으로, 주쇄에, 탄소-탄소 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합, 카르보네이트 결합, 우레탄 결합, 티오에테르 결합, 술폰 결합 및 카르보닐 결합에서 선택된 결합을 갖는 열가소성 수지인 것이 바람직하다.

부분적으로 가교 구조를 갖고 있어도 지장은 없다. 또한, 결정성, 비정질성의 어느 것이든 무방하다. 열경화성 수지에 용해되는 수지를 예시하면, 폴리아미드 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리페닐렌옥시드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 페닐트리메틸인단 구조를 갖는 폴리이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리아라미드 수지, 폴리에테르니트릴 수지 및 폴리벤즈이미다졸 수지.

열가소성 수지로서 이하의 것을 들 수 있다.

폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지 등의 폴리올레핀 수지;

폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지;

폴리아미드 수지, 폴리옥시메틸렌 수지; 폴리페닐렌술피드 수지 등의 폴리아릴렌술피드 수지; 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르케톤케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지; 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 액정 폴리머 수지 등의 결정성 수지;

폴리스티렌 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아릴레이트 수지 등의 비정질성 수지;

페놀계 수지, 페녹시 수지, 또한 폴리스티렌 수지계, 폴리올레핀 수지계, 폴리우레탄 수지계, 폴리에스테르 수지계, 폴리아미드 수지계, 폴리부타디엔 수지계, 폴리이소프렌 수지계, 불소계 수지 및 폴리아크릴로니트릴 수지계 등의 열가소 엘라스토머 등이나

또한 이들의 공중합체 또는 변성체 등에서 선택되는 열가소성 수지.

그 중에서도, 얻어지는 적층체의 경량성의 관점에서는, 폴리올레핀 수지가 바람직하고, 강도의 관점에서는 폴리아미드 수지가 바람직하고, 표면 외관의 관점에서는 폴리에스테르 수지가 바람직하게 사용된다.

프리프레그 [a]에 함침되는 수지에는, 그 밖에 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서, 엘라스토머 혹은 고무 성분 등의 내충격성 향상제, 다른 충전재나 첨가제를 함유해도 된다. 이들의 예로서는, 무기 충전재, 난연제, 도전성 부여제, 결정 핵제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색 방지제, 열 안정제, 이형제, 대전 방지제, 가소제, 활제, 착색제, 안료, 염료, 발포제, 제포제, 혹은 커플링제를 들 수 있다.

또한, 그 외에 필러를 포함할 수 있다. 필러로서는, 탄산칼슘, 탈크, 실리카, 클레이, 유리 플레이크, 카테킨, 제올라이트, 실리카 벌룬, 유리 벌룬, 시라스 벌룬, 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 풀러렌, 흑연, 금속분, 금속박, 페라이트 재료, 알루미나, 티타늄산바륨, 티타늄산지르콘산납, 황산바륨, 산화티타늄, 유리 비즈, 알루미나, 산화안티몬, 히드로탈사이트, 적린, 탄산 아연, 산화칼슘 등을 들 수 있다. 그 중에서도 연속된 강화 섬유를 포함하는 중간 기재가 성형성의 관점에서 바람직하다.

프리프레그 적층체에 사용되는 기재 [b]는, 성형 시에 수지가 함침되기 쉽다고 하는 점에서 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

기재 [b]에 사용할 수 있는 섬유로서는, 이하의 것을 들 수 있다.

PAN계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유, 리그닌계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유의 탄소 섬유; 흑연 섬유, 유리 섬유;

또한, 이들 섬유에 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 된다. 표면 처리로서는, 도전체로서 금속의 피착 처리 외에, 커플링제에 의한 처리, 사이징제에 의한 처리, 결속제에 의한 처리, 첨가제의 부착 처리 등이 있다. 또한, 이들 강화 섬유는 1종류를 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 경량화 효과의 관점에서, 비강도, 비강성이 우수한 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다.

또한, 얻어지는 프리프레그 적층체의 경제성을 높이는 관점에서는, 비교적 저렴한 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다.

또한, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 충격 흡수성이나 적층체의 부형성을 높이는 관점에서는, 아라미드 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한 역학 특성과 충격 흡수성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 도전성을 높이는 관점에서는, 니켈이나 구리나 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서 강도와 탄성률 등의 역학적 특성이 우수한 PAN계 탄소 섬유, 얻어지는 적층체의 경제성을 높이는 관점에서는 유리 섬유를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.

기재 [b]는, 수지가 함침되어 있지 않은 것이면 되며, 형태로서는, 예를 들어 부직포, 직물, 편물, 매트를 들 수 있다.

직물의 조직으로서는, 평직, 능직, 수자직 등을 들 수 있다.

기재 [b]는, 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 섬유가 불연속인 것인 것이 바람직하다. 탄소 섬유를 포함하는 기재에서는 강도, 탄성률이 우수하고, 또한 유리 섬유를 포함하는 기재에서는, 경제성이 우수한 섬유 강화 복합 재료를 얻는 것이 가능하다. 섬유가 불연속 기재이면, 기재의 두께를 대소 폭넓게 조정 가능하기 때문에, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 두께를 조정할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 프리프레그 적층체는, 프리프레그 적층체의 적어도 한쪽 표면이 의장면(1)이며, 프리프레그 [a]가 의장면(1) 측의 최외층 및 2층째 또는 3층째까지 적층된 구성으로 하는 것이 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 의장면의 핀 홀이 억제되는 점에서 바람직하다.

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 의장면(1)으로부터 프리프레그 [a](2b1), 이어서 기재 [b](3)를 배치한 프리프레그 적층체(10)로 함으로써, 의장면(1)이 되는 프리프레그 [a](2b1)의 공기나 휘발 성분이 수지와 함께 기재 [b](3)로 함침, 이동한다. 그 결과 섬유 강화 복합 재료의 우수한 의장면이 얻어진다. 즉, 프리프레그 적층체는, 적어도 한쪽 표면이 의장면이 되는 것이며, 의장면 측에서부터 순서대로 프리프레그 [a], 기재 [b], 그리고 프리프레그 [a]를 2매 이상 연속해서 적층한 구조의 순으로 배치되어 있는 것이, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 의장면의 핀 홀이 억제되는 점에서 바람직하다.

도 3, 도 4를 참조하고자 한다. 의장면에서부터 순서대로, 프리프레그 [a](2b2), 프리프레그 [a](2b1)를 배치하여, 프리프레그 [a]가 2층이 되도록 한다. 또한 프리프레그 [a](2b1) 위에 기재 [b](3)를 배치해서 프리프레그 적층체(10)로 할 수 있다. 적층 공정이 복잡하지 않고, 또한 의장면(1)을 부여하는 프리프레그 [a](2b1) 중 공기나 휘발 성분이, 수지와 함께 기재 [b](3)로 침출되기 때문에, 섬유 강화 복합 재료의 우수한 의장면(1)이 얻어지는 점에서 바람직하다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 기재 [b](3) 위에 프리프레그 [a](2a2) 및 프리프레그 [a](2a1)를 순서대로 더 적층하여, 프리프레그 [a]의 전체의 적층수가 많은 프리프레그 적층체(10)도 바람직한 양태이다. 도 4의 프리프레그 적층체(10)에서는 기재 [b](3)의 편측에 순서대로 프리프레그 [a](2a2), 프리프레그 [a](2a1)를 배치하고, 한쪽 측에 순서대로 프리프레그 [a](2b1), 프리프레그 [a](2b2)를 배치한 구조로 되어 있다.

또한, 프리프레그 적층체에 사용되는 기재 [b]의 단위면적당 중량은, 5 내지 100g/㎡인 것이 바람직하다. 이에 의해, 프리프레그 적층체의 성형성의 향상과 섬유 강화 복합 재료의 의장성의 양립을 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는, 5 내지 80g/㎡, 더욱 바람직하게는, 5 내지 50g/㎡, 나아가 5 내지 35g/㎡이다.

단위면적당 중량이 작은 경우는, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 의장면에 핀 홀이 많아지는 경우가 있고, 100g/㎡보다 크면, 성형 중인 수지의 기재 [b]로의 함침이 불충분해져서 얻어지는 섬유 강화 복합 재료 역학 특성에 문제가 생기는 경우가 있다.

또한, 본 발명의 프리프레그 적층체가 포함하는 기재 [b]의 두께는, 0.1 내지 1.5㎜의 범위 내인 것이 바람직하다. 이에 의해, 수지의 기재 [b]로의 함침성과 섬유 강화 복합 재료의 의장성을 양립할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.1 내지 1㎜, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎜이다. 두께가 0.1㎜ 미만인 경우에는, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 의장면에 핀 홀이 많아지는 경우가 있고, 1.5㎜를 초과하면 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 역학 특성에 문제가 생기는 경우가 있다.

또한, 프리프레그 적층체는, 하기에서 정의되는 프리프레그 구조체 [a1]의 두께가, 하기에서 정의되는 프리프레그 [a2] 1매의 두께의 0.2 내지 9배인 것이 바람직하다.

프리프레그 구조체 [a1]: 상기 기재 [b]의 한쪽 면에 적층되어 있는 것으로서, 상기 프리프레그 [a]가 2매 이상 연속해서 적층되어 있는 상기 프리프레그 [a]를 포함하는 구조체.

프리프레그 [a2]: 상기 기재 [b]의 다른 쪽 면에 적층되어 있는 프리프레그 [a](단 상기 프리프레그 [a]가 적층되어 있는 경우에는 프리프레그 [a]의 적층체).

이 두께의 비율에 의해, 기재 [b](3)로의 함침성과 섬유 강화 복합 재료의 의장성의 양립이 가능하게 된다. 보다 바람직하게는 0.5 내지 5배, 더욱 바람직하게는, 1 내지 3배이다.

또한, 프리프레그 적층체(10)는, 기재 [b]의 두께가, 상기 프리프레그 구조체 [a1]의 두께의 0.1 내지 3.0배인 것이 바람직하다. 이에 의해, 기재 [b](3)로의 함침성과 섬유 강화 복합 재료의 의장성의 양립을 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.2 내지 2배, 더욱 바람직하게는, 0.5 내지 1배이다.

또한, 프리프레그 적층체 프리프레그 [a]로서 다른 조성인 것 2종류 이상 사용해도 된다. 섬유 강화 복합 재료가 요구하는 역학 특성이나 섬유 강화 복합 재료의 두께 등에 맞춰서 프리프레그 적층체를 설계할 수 있다.

프리프레그 적층체가, 수지를 강화 섬유에 함침시킨 프리프레그 [a]가 2매 이상 연속해서 적층된 구조를 포함함으로써, 성형 조작에 의해, 수지가 프리프레그 [a]로부터 기재 [b]로 함침된 후에도, 보이드 함유율이 낮고, 그 결과 강도 등, 우수한 역학 특성을 갖는 섬유 강화 복합 재료가 된다. 또한 그 재료는 핀 홀이 적은 의장면을 갖는다.

한편, 수지를 함유하는 프리프레그를 적층하지 않고, 그 프리프레그와 수지가 함침되어 있지 않은 기재를 교대로 적층한 적층체의 경우에는, 프리프레그의 수지를 기재에 함침하여 공급하기 때문에 섬유 강화 복합 재료의 섬유 체적 함유율이 높아지고, 보이드 함유율이 높아지기 쉽다. 또한 의장면의 핀 홀이 역시 발생하는 경우가 있다.

일반적으로 프리프레그 적층체는, 목적으로 하는 섬유 강화 복합 재료의 역학 특성, 두께 등에 맞추어 프리프레그를 적층해서 얻어진다. 일방향 프리프레그를 사용한 경우에는, 섬유 강화 복합 재료에 이방성이 발현하기 때문에, 의사 등방 적층으로 하는 등의 대책을 취할 수 있다.

다음에 본 발명의 섬유 강화 복합 재료에 대해서 설명한다. 이 섬유 강화 복합 재료는, 모두 수지를 강화 섬유에 함침시킨 프리프레그 [a]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [A], 수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [B]를 포함하고 있다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료의, 섬유 강화 복합 재료층 [A]는, 프리프레그 [a]의 수지가 경화 또는 고화하고 있다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료의, 섬유 강화 복합 재료층 [B]는, 프리프레그 [a]에 있던 일부 수지가, 기재 [b]로 함침하고, 그 중에서 수지가 경화 또는 고화한 것이다.

본 발명에 관한 섬유 강화 복합 재료는, 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 평균 섬유 체적 함유율을 VfA, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율을 VfB라 하면, VfA>VfB의 관계를 갖는 것이 바람직하다.

또한 VfA가 55% 이상, VfB가 40% 이하인 것이 섬유 강화 복합 재료의 의장성 점에서 바람직하다.

또한, 본 발명의 섬유 강화 복합 재료에서는, 섬유 강화 복합 재료층 [B]로 함침된 수지는, 프리프레그 [a]에 함침되어 있던 수지이다. 이에 의해 성형 중에, 의장면의 프리프레그 [a]에 함유되어 있던 공기나 휘발 성분이, 수지와 함께 기재 [b]로 이동함으로써 우수한 의장면의 섬유 강화 복합 재료가 얻어진다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료에 있어서, 섬유 강화 복합 재료층 [B]를 샌드위치한 양측의 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율은, 모두 55 내지 90%인 것 바람직하다. 이에 의해, 섬유 강화 복합 재료의 역학 특성 및 의장성이 우수하다. 바람직하게는 60 내지 90%, 더욱 바람직하게는 70 내지 80%이다. 섬유 체적 함유율이 작으면, 섬유 강화 복합 재료층 [A]에 포함되는 수지층이 많아지고, 공기나 휘발 성분이 섬유 강화 복합 재료층 [B]로 옮겨지기 어려워져서 섬유 강화 복합 재료의 의장성을 충분히 달성할 수 없는 경우가 있다.

또한 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율은, 1 내지 40%인 것이 프리프레그에 있던 수지의 함침성의 관점에서 바람직하다. 더욱 바람직하게는 2 내지 30%, 또한 2 내지 10%이다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료에서는, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 함유율이 섬유 강화 복합 재료층 [A] 각 층의 보이드 함유율의 평균보다 높은 것이, 섬유 강화 복합 재료의 의장성을 향상할 수 있는 점에서 바람직하다.

또한 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드가, 프리프레그 [a] 및 기재 [b]의 적층 방향을 따른 절단면에 있어서, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 중앙 부분에 80 내지 100% 분포되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 얻어지는 섬유 강화 복합 재료에서 각 층간의 접착성이 높아지기 때문이다

다음에 본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법은 위에서 설명한 프리프레그 적층체를 가열 및 가압하여, 성형하는 공정을 갖는다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 프리프레그 적층체를 형성하는 공정 및 프리프레그 [a]에 포함되는 수지를 기재 [b]로 함침시켜서, 성형하는 공정에서는, 감압 하에서 행하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 의장성이 우수하기 때문이다. 감압에 의해, 프리프레그 적층체의 의장면 부근에 잔존해 있는 공기나 휘발 성분이 제거된다. 그 결과 더욱 우수한 의장면을 갖는 섬유 강화 복합 재료를 얻을 수 있다. 감압 하란, 게이지 압력 표기로 -80㎪ 이하인 압력, 바람직하게는 -90㎪ 이하, 더욱 바람직하게는 -95㎪ 이하이다.

또한, 본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 프리프레그 [a]에 포함되는 수지를 기재 [b]로 함침시킬 때, 상기 수지에 포함되는 공기나 휘발 성분이 기재 [b]로 이동하는 것이 바람직하다. 이에 의해 핀 홀이 적은 우수한 의장면을 갖는 섬유 강화 복합 재료를 얻을 수 있다.

본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법으로서는, 예를 들어, 성형형을 사용한 프레스 성형, 진공백 성형, 오토클레이브 성형 등을 들 수 있다. 그 중에서 오토클레이브 성형에 의한 제조 방법이, 우수한 의장면을 갖는 섬유 강화 복합 재료가 얻어지는 점에서 바람직하다. 오토클레이브 성형에서의 성형 압력은, 0.1㎫ 내지 1.0㎫가 바람직하고, 의장면의 핀 홀을 제거할 수 있는 점에서 0.3㎫ 내지0.6㎫가 더욱 바람직하다. 또한 오토클레이브 성형에서의 성형 온도는, 프리프레그에서 사용하고 있는 수지의 경화 온도에 맞춘 설정이 필요하지만, 통상은 100℃ 내지 200℃의 범위이다.

얻어진 섬유 강화 복합 재료의 의장면에는, 클리어 도장이나 유색 도장 등의 도장 처리 및 필름의 부착 등이 실시된다. 핀 홀이 적은 의장면을 갖는 섬유 강화 복합 재료인 점에서, 본 발명에서는 도장 처리에서 효과가 현저하게 나타난다.

이러한 본 발명의 섬유 강화 복합 재료의 용도로서는, 이하의 것을 들 수 있다.

퍼스널 컴퓨터, 디스플레이, OA 기기, 휴대 전화, 휴대 정보 단말기, 팩시밀리, 콤팩트 디스크, 휴대용 MD, 휴대용 라디오카세트, PDA(전자 수첩 등의 휴대 정보 단말기), 비디오 카메라, 디지털 비디오 카메라, 광학 기기, 오디오, 에어컨, 조명 기기, 오락용품, 완구 용품, 그 외 가전 제품 등의 케이싱, 트레이, 섀시, 내장 부재, 또는 그 케이스 등의 전기, 전자 기기 부품.

지주, 패널, 보강재 등의 토목, 건축재용 부품. 각종 멤버, 각종 프레임, 각종 힌지, 각종 암, 각종 차축, 각종 차륜용 베어링, 각종 빔, 프로펠러 샤프트, 휠, 기어박스 등의, 서스펜션, 액셀러레이터 또는 스티어링 부품.

후드, 루프, 도어, 펜더, 트렁크 리드, 사이드 패널, 리어 엔드 패널, 어퍼 백 패널, 프론트 보디, 언더 보디, 각종 필러, 각종 멤버, 각종 프레임, 각종 빔, 각종 서포트, 각종 레일, 각종 힌지 등의, 외판 또는 보디 부품.

범퍼, 범퍼 빔, 몰, 언더 커버, 엔진 커버, 정류판, 스포일러, 카울 루버, 에어로 부품 등 외장 부품.

인스트루먼트 패널, 시트 프레임, 도어 트림, 필러 트림, 핸들, 각종 모듈 등의 내장 부품.

모터 부품, CNG 탱크, 가솔린 탱크, 연료 펌프, 에어 인테이크, 인테이크 매니폴드, 기화기 메인 보디, 기화기 스페이서, 각종 배관, 각종 밸브 등 연료계용, 배기계용 및 흡기계용 자동차, 이륜차용 구조 부품.

얼터네이터 터미널, 얼터네이터 커넥터, IC 레귤레이터, 라이트디어용 포텐셔미터 베이스, 엔진 냉각수 조인트, 에어컨용 서모스탯 베이스, 난방 온풍 플로 컨트롤 밸브, 라디에이터 모터용 브러시 홀더, 터빈베인, 와이퍼 모터 관련 부품, 디스트리뷰터, 시동 스위치, 스타터 릴레이, 윈도우 워셔 노즐, 에어컨 패널 스위치 기판, 연료 관련 전자기 밸브용 코일, 배터리 트레이, AT 브래킷, 헤드 램프 서포트, 페달 하우징, 프로텍터, 혼 터미널, 스텝 모터 로터, 램프 소켓, 램프 리플렉터, 램프 하우징, 브레이크 피스톤, 노이즈 실드, 스페어 타이어 커버, 솔레노이드 보빈, 엔진 오일 필터, 점화 장치 케이스, 스커프 플레이트, 페이시어 등의 자동차용 및 이륜차용 각종 부품.

랜딩 기어 포드, 윙릿, 스포일러, 에지, 래더, 엘리베이터, 페일링, 리브 등의 항공기용 부품.

역학 특성의 관점에서는, 자동차의 내외장, 전기·전자 기기 케이싱, 자전거, 스포츠용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 박스체에 바람직하게 사용된다.

실시예

이하, 실시예에 의해, 본 발명에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다.

또한, 본 발명은, 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<수지가 강화 섬유에 함침되어 있는 프리프레그 [a]>

·프리프레그 [a]인 프리프레그 A의 제조 방법을 이하에 나타낸다.

[에폭시 수지 조성물]

혼련 장치에서, 35질량부의 "jER"(등록상표) 4007P(재팬 에폭시 레진(주)제)와 35질량부의 트리글리시딜-p-아미노페놀("아랄다이트"(등록상표) MY0510(헌츠만·어드밴스트·머티리얼즈사제))과 30질량부의 비스페놀 F형 에폭시 수지("에피클론"(등록상표) 830(DIC(주)제))에, 3질량부의 "비닐렉"(등록상표) PVF-K(폴리비닐포르말)(칫소(주)제))를 배합하여, 열가소성 수지(PVF-K)를 에폭시 수지 중에 용해했다. 그 후, 경화제인 디시안디아미드(경화제, DICY-7, 미쯔비시 가가꾸(주)제)를 5질량부, 또한 경화 보조제인 DCMU99(3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸우레아, 경화 촉진제(호도가야 가가꾸 고교(주)제))를 3질량부 혼련하여, 에폭시 수지 조성물을 제작했다.

[탄소 섬유 A]

아크릴로니트릴 99몰%와 이타콘산 1몰%를 포함하는 공중합체를 방사하고, 소성하여, 총 필라멘트수 3,000개, 비중 1.8, 스트랜드 인장 강도 3.5㎬, 스트랜드 인장 탄성률 230㎬인 탄소 섬유를 얻었다. 이어서, 그 탄소 섬유를, 농도 0.05몰/L의 황산 수용액을 전해질로 하여, 전기량을 탄소 섬유 1g당 3쿨롱으로 전해 표면 처리했다. 이 전해 표면 처리가 실시된 탄소 섬유를 계속해서 수세하여, 150℃의 온도의 가열 공기 중에서 건조하여, 원료가 되는 탄소 섬유를 얻었다. 그리고, "jER(등록상표)" 825(재팬 에폭시 레진(주)제)를 아세톤에 혼합하고, 균일하게 용해한 약 1질량%의 아세톤 용액을 얻었다. 이 아세톤 용액을 사용하여, 침지법에 의해 표면 처리된 탄소 섬유에 도포한 후, 210℃의 온도에서 180초간 열처리를 하여, 사이징제 도포 탄소 섬유를 얻었다. 사이징제의 부착량은, 표면 처리된 탄소 섬유 100질량부에 대하여 0.5질량부가 되도록 조정했다.

[프리프레그 A의 제조 방법]

제조한 에폭시 수지 조성물을, 나이프 코터를 사용해서 이형지 상에 도포해서 66g/㎡의 수지 필름을, 2매 제작했다. 한편, 탄소 섬유 A를 시트상으로 능직의 두 방향 크로스로 배열시킨, 단위면적당 중량이 198g/㎡인 탄소 섬유 시트 A를 제작했다. 상기에서 제작한 수지 필름 2매를 탄소 섬유 시트 A의 양면으로부터 겹쳐서, 가열 가압에 의해 수지를 함침시켜서, 매트릭스 수지의 질량 분율이 40.0%, 단위면적당 중량이 330g/㎡, 두께가 0.22㎜인 크로스 프리프레그를 제작했다.

<수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]>

기재 [b]가 되는 이하의 기재 A, B 및 C를 준비했다.

·기재 A: "토레카(등록상표)" 크로스 CO6151B(도레이(주)제)(단위면적당 중량: 92g/㎡, 두께: 0.11㎜)

·기재 B: "토레카(등록상표)" 크로스 CO6343B(도레이(주)제))(단위면적당 중량: 198g/㎡, 두께: 0.25㎜)

· 기재 C: 서페이스 매트, FC-30S(센트럴 가라스 파이버(주)제))(단위면적당 중량: 30g/㎡, 두께: 0.23㎜)

실시예에서 사용하고 있는 프리프레그 [a], 기재 [b] 또는 섬유 강화 복합 재료의 섬유 체적 함유율의 측정 방법, 섬유 강화 복합 재료의 보이드 함유율의 측정 방법, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 분포의 측정 방법 및 의장면의 핀 홀의 측정 방법을 다음에 나타낸다. 실시예의 프리프레그 적층체 및 섬유 강화 복합 재료의 제작 환경 및 평가는, 특별히 언급하지 않는 한, 온도 25℃±2℃, 상대 습도 50%의 분위기에서 행한 것이다.

(1) 섬유 강화 복합 재료에 있어서의 섬유 강화 복합 재료층 [A] 및 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율

각 실시예에서 얻어진 섬유 강화 복합 재료로부터, 적층 방향과는 수직인 면내 방향에 있어서, 세로 20㎜×가로 20㎜의 샘플을 잘라내고, 그 단면을 연마한 뒤, 단면을 레이저 현미경(KEYENCE VK-9510)으로 200배 이상으로 확대하고, 2층 이상 시야 내에 수렴되도록 해서 사진 촬영했다. 마찬가지 조작으로부터 각 층에 대해서 10군데를 무작위로 선택하여, 각 층의 두께를 측정했다. 각 층의 두께, 섬유의 단위면적당 중량과 섬유 비중으로부터, 각 층의 섬유 체적 함유율을 구했다. 시료가 갖는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율의 평균값, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 평균값을 구했다. 이것을 합계 6 시료로 행하고, 6 시료의 평균값을 섬유 체적 함유율로 했다.

(2) 섬유 강화 복합 재료의 보이드 함유율

세로 20㎜×가로 20㎜의 샘플을, (1)과 마찬가지 조건으로 단면을 사진 촬영 했다. 각 층을 촬영한 사진으로부터, 보이드 부분과 그 이외의 부분의 2치화 처리를 실시하고, 섬유 강화 복합 재료의 보이드 함유율을 산출했다.

(3) 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 분포

실시예에서 얻어진 섬유 강화 복합 재료를 (1)과 마찬가지 조건으로 단면을 사진 촬영하고, 섬유 강화 복합 재료의 내부 보이드를 검사했다. 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 절단면의 중앙 부분에, 절단면 전체의 보이드 면적의 80 내지 100%가 분포되어 있는 경우에는 A, 보이드가 중앙 부분에 80% 미만 분포되어 있는 경우에는 B라 했다. 여기서, 절단면의 중앙 부분이란, 절단면 전체의 전체 면적의 형상을 80%로 축소한 무게 중심을 포함하는 전체 면적의 80%의 면적 부분을 나타낸다.

(4) 의장면의 핀 홀

(1)에서 제작한 섬유 강화 복합 재료를 세로 100㎜×가로 100㎜로 잘라냈다. 얻어진 샘플을 눈으로 보고, 의장면의 핀 홀을 검사했다. 판정 기준으로서, 핀 홀수가 10개 이하인 경우에는 A⁺, 11개 이상 30개 이하인 경우에는 A, 31개 이상인 경우에는 B로 했다.

(실시예 1)

표 1에 나타낸 바와 같이 프리프레그 [a]의 재료로서 프리프레그 A를 사용하고, 기재 [b]로서 기재 A를 사용하여, 의장면으로부터 프리프레그 A, 기재 A, 제1 프리프레그 A 및 제2 프리프레그 A의 순으로 4층을 적층하여, 프리프레그 적층체를 제작했다. 의장면에 있는 프리프레그 A가 본 발명에서 말하는 프리프레그 구조체 [a2], 제1 프리프레그 A 및 제2 프리프레그 A를 포함하는 적층 구조가 프리프레그 [a1] 구조체에 상당한다.

얻어진 프리프레그 적층체를 사용하여 오토클레이브로, 130℃의 온도에서 2시간, 0.5㎫의 압력 하, 승온 속도 1.6℃/분으로 성형해서 섬유 강화 복합 재료를 제작했다. 섬유 강화 복합 재료의 섬유 체적 함유율, 섬유 강화 복합 재료의 보이드 함유율, 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 분포 및 의장면 핀 홀의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2 및 3)

기재 [b]의 재료를 표 1에 나타낸 것으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 프리프레그 적층체를 제작했다. 제작한 프리프레그 적층체의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 4 내지 6)

프리프레그 [a]의 재료로서 프리프레그 A를 사용하고, 기재 [b]로서 기재 A를 사용하여, 의장면으로부터 표 1에 나타내는 바와 같은 순으로, 복수의 프리프레그 A 및 기재 A로 구성되는 프리프레그 적층체를 제작했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1 내지 4)

프리프레그 [a]의 재료로서 프리프레그 A를 사용하고, 기재 [b]로서 기재 B 또는 기재 C를 사용하여, 의장면으로부터 표 1에 나타내는 바와 같은 순으로, 복수의 프리프레그 A 및 기재 B 또는 C로 구성되는 프리프레그 적층체를 제작했다. 또한 비교예 1에서는 수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]는 사용하지 않았다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 1A]

[표 1B]

[표 2A]

[표 2B]

실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 4의 대비에 의해, 본 발명의 섬유 강화 복합 재료는 우수한 의장면을 갖고 있다. 이것은, 프리프레그로부터 수지가, 수지가 미함침된 기재로 함침될 때 의장면의 핀 홀의 원인이 되는 공기나 휘발 성분도, 수지가 미함침된 기재로 옮겨지기 때문이다. 또한 본 발명의 섬유 강화 복합 재료는 보이드 함유율이 낮은 점에서, 역학 특성도 우수한 것을 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 우수한 의장면을 갖춘 섬유 강화 복합 재료가 얻어지기 때문에, 테니스 라켓이나 골프 샤프트 등의 스포츠 용품, 범퍼나 도어 등의 자동차의 외장재, 섀시나 프론트 사이드 멤버 등 자동차의 구조재, 또는 스티어링이나 미터 바이저 등의 자동차의 내장재, 항공기 구조 부재, 풍차의 날개 또는 IC 트레이나 노트북 컴퓨터의 케이싱(하우징) 등의 컴퓨터 용도 등에 널리 전개할 수 있어, 유용하다.

1 : 의장면
2 : 프리프레그 [a]의 군
2a1, 2a2, 2a3, 2b1 및 2b2 : 프리프레그 [a]
3 : 기재 [b]
10 : 프리프레그 적층체

Claims

수지가 강화 섬유에 함침되어 있는 프리프레그 [a] 및 수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]를 포함하고,
상기 프리프레그 [a] 중 프리프레그 [a]가 적어도 2매 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖고,
상기 기재 [b]의 양측이 상기 프리프레그 [a]로 샌드위치된 구조를 포함하는 프리프레그 적층체를 사용한 섬유 강화 복합 재료로서,
상기 프리프레그 [a]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율을 VfA, 상기 기재 [b]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율을 VfB라 하면, VfA>VfB의 관계를 갖는, 섬유 강화 복합 재료.
제1항에 있어서, 상기 기재 [b]의 두께가 0.1 내지 1.5㎜인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기에서 정의되는 프리프레그 구조체 [a1]의 두께가, 하기에서 정의되는 프리프레그 [a2] 1매의 두께의 0.2 내지 9배인, 섬유 강화 복합 재료.
프리프레그 구조체 [a1]: 상기 기재 [b]의 한쪽 면에 적층되어 있는 것으로서, 상기 프리프레그 [a]가 2매 이상 연속해서 적층되어 있는 상기 프리프레그 [a]를 포함하는 구조체
프리프레그 [a2]: 상기 기재 [b]의 다른 쪽 면에 적층되어 있는 프리프레그 [a](단 상기 프리프레그 [a]가 적층되어 있는 경우에는 프리프레그 [a]의 적층체)
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재 [b]의 두께가, 하기에서 정의되는 프리프레그 구조체 [a1]의 두께의 0.1 내지 3.0배인, 섬유 강화 복합 재료.
프리프레그 구조체 [a1]: 상기 기재 [b]의 한쪽 면에 적층되어 있는 것으로서, 상기 프리프레그 [a]가 2매 이상 연속해서 적층되어 있는 상기 프리프레그 [a]를 포함하는 구조체
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리프레그 적층체의 적어도 한쪽 표면이 의장면이며, 상기 기재 [b]가 상기 의장면측에서부터 2층째 또는 3층째에 적층된, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리프레그 적층체의 적어도 한쪽 표면이 의장면이며, 상기 의장면측의 최외층부터 순서대로, 프리프레그 [a], 기재 [b] 및 2매 이상의 프리프레그 [a]가 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖는, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재 [b]의 단위면적당 중량이 5 내지 100g/㎡인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재 [b]가, 탄소 섬유 또는 유리 섬유를 포함하고, 그 섬유가 불연속인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 강화 복합 재료층 [B]가 수지를 함유하고 있고, 함침되어 있는 수지가, 상기 프리프레그 [a]에 함침되어 있던 수지인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율이 40% 이하인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B] 양측에 존재하는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율이 각각 55% 이상인, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 보이드 함유율이 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 보이드 함유율보다 높은, 섬유 강화 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 복합 재료층 [B]에 포함되는 보이드가, 상기 프리프레그 적층체의 적층 방향을 따른 절단면에 있어서, 절단면의 중앙 부분에 80 내지 100% 분포되어 있는, 섬유 강화 복합 재료.
수지가 강화 섬유에 함침되어 있는 프리프레그 [a] 및 수지가 함침되어 있지 않은 기재 [b]를 포함하고,
상기 프리프레그 [a] 중 프리프레그 [a]가 적어도 2매 연속해서 적층되어 있는 구조를 갖고,
상기 기재 [b]의 양측이 상기 프리프레그 [a]로 샌드위치된 구조를 포함하는 프리프레그 적층체를 가열 및 가압하여, 성형하는 공정을 갖는 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법이며,
상기 프리프레그 [a]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [A]의 섬유 체적 함유율을 VfA, 상기 기재 [b]에서 유래하는 섬유 강화 복합 재료층 [B]의 섬유 체적 함유율을 VfB라 하면, VfA>VfB의 관계를 갖는 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.
제14항에 있어서, 성형시키는 공정에 있어서, -80㎪ 이하(게이지압)의 압력으로 행하는 공정을 더 포함하는, 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.
제14항에 있어서, 가열 및 가압하는 공정에 있어서, 프리프레그 [a]에 포함되는 수지가 기재 [b]에 함침되어 가는 것인, 섬유 강화 복합 재료의 제조 방법.
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